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Es gibt Hinweise darauf, dass das Kleinhirn an affektiven und kognitiven Verarbeitungsprozessen und an Arbeitsgedächtnisleistungen beteiligt ist. In dieser Arbeit wurden 8 Patienten mit Kleinhirninsulten (Durchschnittsalter 61,25 Jahre), die in der neurologischen Klinik der Universitätsmedizin Greifswald behandelt wurden und 7 Patienten mit peripher neurologischen Erkrankungen (Durchschnittsalter 56,71 Jahre), bei denen eine Kleinhirnläsion ausgeschlossen worden war, untersucht. Zur Beurteilung veränderter neuronaler Aktivitäten wurde eine 129-Kanal-Elektroenzephalographie-Studie (EEG) verwendet und mithilfe der Interpretation ereigniskorrelierter Potentiale (EKP) verschiedene affektive und kognitive Verarbeitungsprozesse analysiert. In der Teilstudie 1 wurde die frühe Verarbeitung visuell-affektiver Stimuli, in der Teilstudie 2 affektive und kognitive Verarbeitungsprozesse während der Präsentation visueller Stimuli, in der Teilstudie 3 affektive und kognitive Verarbeitungsprozesse während der Präsentation visueller und akustischer Stimuli und in der Teilstudie 4 die späte Verarbeitung visuell-affektiver Stimuli untersucht. Zur Untersuchung der affektiven Verarbeitungsprozesse wurden Bilder verschiedenen emotionalen Inhaltes (angenehm, neutral, unangenehm) und Erregungsstufe (schwach bis stark erregend) aus dem Katalog des International Affective Picture System (IAPS) verwendet. Es wurden Bilder in schneller 333ms (Teilstudien 1 bis 3) oder in langsamer Abfolge von 1000ms (Teilstudie 4) präsentiert. Zur Untersuchung kognitiver Verarbeitungsprozesse wurden die IAPS-Bilder bearbeitet. Für die Teilstudie 2 wurden sie mit Linien (horizontal/vertikal) überlagert und für die Teilstudie 3 mit Tönen (hoch/tief) synchronisiert. Linien und Töne unterschieden sich in ihrer Wahrscheinlichkeit des Auftretens, wobei die seltenen Reize als Zielreize dienten, welche von den Probanden mitgezählt werden mussten. Es wurden durch dieses Studiendesign folgende ereigniskorrelierte Potentiale gemessen: Die EPN, die visuelle P200 und P300, die akustische P300 und das LPP. Bezüglich der frühen und späten Verarbeitung visuell-affektiver Stimuli konnten folgende Daten erhoben werden. In der Teilstudie 1 lösten in der Läsionsgruppe nur stark erregend angenehme vs. neutrale Bilder eine EPN aus. Ein signifikanter Gruppeneffekt bestand jedoch nicht. In der Teilstudie 2 war weder für schwach noch für starke erregend affektive vs. neutrale Bilder eine EPN in der Läsions- und Kontrollgruppe nachweisbar. In der Teilstudie 3 konnte zwar nur in der Kontrollgruppe für stark erregend angenehme vs. neutrale Bilder eine EPN nachgewiesen werden, die Gruppen unterschieden sich jedoch nicht signifikant voneinander. In der Teilstudie 4 lösten weder schwach noch stark erregend affektive Bilder ein LPP in der Läsionsgruppe aus. Ein signifikanter Gruppeneffekt bestand nicht, trotz nachweisbaren LPPs in der Kontrollgruppe für schwach erregend angenehme und stark erregend affektive vs. neutrale Bilder. Bezogen auf kognitive Verarbeitungsprozesse konnte in beiden Gruppen in der Teilstudie 2 eine visuelle P300 nach der Präsentation seltener Zielreize nachgewiesen werden. Die Läsionsgruppe wies dagegen eine signifikante visuelle P200 nach Präsentation von Zielreizen gegenüber der Kontrollgruppe auf. Eine akustische P300 (P3b) war in der Teilstudie 3 nach der Präsentation akustischer Zielreize in keiner Gruppe nachweisbar. Dagegen bestand in der Kontrollgruppe eine signifikant stärkere P3a. Die Ergebnisse zeigen, dass Patienten mit einer Kleinhirnläsion keine Beeinträchtigung in der frühen oder späten Verarbeitung visuell-affektiver Stimuli aufweisen. Sie sind in der Lage, eine Bottom-up-Prozessierung visuell-affektiver Stimuli durchzuführen und sie nach ihrer Motivationsrelevanz einzuordnen. Patienten mit einer Kleinhirnläsion unterscheiden sich nicht signifikant in ihrer neuronalen Aktivität gegenüber der Kontrollgruppe während intra- und crossmodaler Verarbeitungsprozesse von visuell-affektiven Stimuli während visueller oder akustischer Aufgaben. Die in vielen Studien beobachteten affektiven Auffälligkeiten bei Patienten mit einer Kleinhirnischämie sind daher auf spätere Verarbeitungs- und Ausführungsprozesse von Emotionen zurückzuführen, welche einer kognitiven und somit Top-down-Kontrolle unterliegen. Patienten mit einer Kleinhirnläsion benötigen allerdings mehr Arbeitsgedächtnisleistung, um die gestellte visuell-kognitive Aufgabe zu absolvieren. Des Weiteren weisen sie Beeinträchtigungen in supramodalen kognitiven Verarbeitungsprozessen auf. Je schwieriger die kognitiven Anforderungen sind, umso mehr weisen Patienten mit einer Kleinhirnläsion Beeinträchtigungen in Form veränderter neuronaler Aktivität auf. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass das Kleinhirn vor allem an kognitiven und weniger an affektiven Verarbeitungsprozessen beteiligt ist.
Bei moderaten sinusförmigen Betriebsspannungen tritt in reinem Stickstoff der diffuse Townsend-Modus (APTD) auf. Das elektrische Feld ist hier über den Entladungsspalt annähernd konstant, weshalb ein anodengerichteter exponentieller Anstieg der Intensität der Emission beobachtet wird. Dementsprechend ist das Intensitätsmaximum direkt vor der Anode lokalisiert. Überraschenderweise lässt sich die APTD unter den gegebenen experimentellen Bedingungen (Breite des Entladungsspalts d_Spalt=1 mm und sinusförmige Betriebsspannung) ebenfalls in einer Helium-BE genieren. Für gewöhnlich wird jedoch in einer Helium-Entladung der diffuse Glimmentladungs-Modus (APGD) beobachtet, wobei der Entladungsspalt zwischen 2-5 mm breit ist. Das Emissionsmaximum einer solchen Entladung befindet sich durch die Ausbildung eines Kathodenfallgebiets vor der Kathode. Die geringe Breite des Entladungsspalts verhindert hier jedoch die Ausbildung der APGD. Entsprechend kann sich das Kathodenfallgebiet nicht entwickeln, wodurch die Spaltspannung nur schwach einbricht. Das Intensitätsmaximum der Emissionsentwicklung befindet sich wie bei der diffusen Stickstoff-BE direkt vor der Anode. Die Zünd- und Brennspannung ist in Stickstoff größer als in Helium, da die Vibrationszustände des Stickstoffs effizient durch Elektronen angeregt werden und diesen dabei Energie entzogen wird. Helium hat jedoch keine Vibrationszustände, weshalb die Elektronentemperatur ansteigt und die Zünd- und Brennspannung deutlich geringer ist. Eine Erhöhung des Spannungsanstiegs dU/dt beeinflusst signifikant die Entladungsentwicklung in der diffusen Helium-Entladung. So führt eine Variation von der Sinus- zur Rechteckspannung zu einem Wechsel des Entladungsmodus, nämlich von der APTD zur APGD. Die Ursache hierfür ist der deutlich höhere Energieeintrag, was sich auf die Ionisationsprozesse auswirkt. Die Verwendung einer Sägezahnspannung stellt in Bezug auf den Spannungsanstieg dU/dt eine Kombination aus der Sinus- und der Rechteckspannung dar. Mit dieser Betriebsspannung war es erstmals möglich, in einer Entladungsperiode entsprechend der Spannungsgradienten beide Entladungsformen (APTD und APGD) zu beobachten und zu studieren. Durch die Oberflächenladungsmessung konnte nachgewiesen werden, dass die während eines elektrischen Durchbruchs im Entladungsvolumen transferierte Ladung vollständig auf den Dielektrika akkumuliert wird. Der Vergleich der phasenaufgelösten Oberflächenladungsdichtemessung mit der zeitlichen Integration der Stromdichte zeigt, dass die Akkumulation von Oberflächenladungen instantan mit dem Auftreten eines Strompulses stattfindet. Nach einem Entladungsstrompuls bleiben die Oberflächenladungen unabhängig vom Entladungsmodus auf dem Dielektrikum konstant, bis die Entladung in der nächsten Halbwelle erneut zündet. In der filamentierten Entladung markieren die Oberflächenladungen den Auftreffpunkt der einzelnen Mikroentladungen. Die Oberflächenladungen sind an diesen Stellen stark lokalisiert. Die gemittelten radialen Oberflächenladungsdichteprofile haben gezeigt, dass diese sowohl für die negativen als auch für die positiven Oberflächenladungen einer Gauß-Verteilung folgen. Die volle Halbwertebreite der entsprechenden Oberflächenladungsdichteprofile unterscheidet sich. Die negativen Oberflächenladungen nehmen eine größere Fläche ein als die positiven Oberflächenladungen. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Mikroentladungen über viele Entladungsperioden immer wieder an der gleichen Stelle zünden, wo sich aus einer vorhergehenden Entladung ein lokalisierter Oberflächenladungsfleck entgegengesetzter Polarität befand. Dieses Phänomen wird als Memory-Effekt bezeichnet. Durch zeitlich definiertes Abschalten der Entladung konnten die Lebensdauern von Oberflächenladungen beider Polaritäten auf dem BSO-Kristall gemessen werden. Es konnte gezeigt werden, dass der Abbau der Oberflächenladungen in zwei Zerfallsprozesse k_1 und k_2 unterteilt ist. Während des Prozesses k_1 nimmt die Oberflächenladungsdichte innerhalb einiger weniger Sekunden deutlich ab. Die Zeitkonstante k_1 ist trotz der photoleitenden Eigenschaft des BSO-Kristalls unabhängig von der Beleuchtungsfrequenz des Kristalls ist. Der zweite deutlich langsamer ablaufende Prozess zeigte hingegen eine starke Abhängigkeit von der Beleuchtungsfrequenz der BSO-Kristalls. Wurde der Kristall kontinuierlich beleuchtet, verschwanden die Oberflächenladungen unabhängig von ihrer Polarität nach wenigen Sekunden vollständig. Je kleiner die Beleuchtungsrate des Kristalls ist, desto länger waren die Oberflächenladungen nachweisbar. Der Zerfallsprozess k_2 beruht auf intrinsischen Transportprozessen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die negativen Oberflächenladungen durch Elektronen nahe der Oberfläche gebildet werden. Die positiven Oberflächenladungen sind Löcher im Valenzband, die durch Elektronen-Ionen-Rekombination entstehen.
Hintergrund: Die Arbeitsfähigkeit der Bevölkerung rückt anlässlich des fortschreitenden demografischen Wandels immer weiter in den wissenschaftlichen Fokus. Der Schutz der Arbeitsfähigkeit erscheint zur Verbesserung der Ökonomie und der damit einhergehenden Unterstützung der Wettbewerbsfähigkeit eines Landes geeignet und nicht zuletzt aufgrund des zu erwartenden Vorteils in Bezug auf die Lebensqualität eines jeden Einzelnen als ein lohnenswertes Ziel. Aus diesen Gründen beteiligt sich diese Dissertation an den internationalen Bemühungen die Determinanten der Arbeitsfähigkeit zu identifizieren sowie an der Beurteilung von Maßnahmen zur betrieblichen Gesundheitsförderung (BGF) hinsichtlich ihrer Effektivität, um in Zukunft die Arbeitsfähigkeit der Arbeitnehmer besser erhalten und schützen zu können. Methoden: Die Studie ist als eine prospektive Kohortenstudie angelegt und beinhaltet eine Intervention in Form eines im Rahmen der BGF angebotenen achtwöchigen Trainingsprogramms. Insgesamt füllten 393 Arbeitnehmer des Universitätsklinikums Greifswald (UKG) den ersten standardisierten Fragebogen aus. 60 Teilnehmer konnten nach Ablauf der Intervention motiviert werden den Follow-Up-Fragebogen zu beantworten. Bei der statistischen Auswertung erfolgte die Identifizierung der Determinanten der Arbeitsfähigkeit durch eine lineare Regressionsanalyse. Hierbei diente die Arbeitsfähigkeit, repräsentiert durch den Work-Ability-Index (kurz: WAI), als abhängige Variable. Die Beurteilung der Effektivität der BGF-Maßnahme in Bezug auf den WAI erfolgte durch den Wilcoxon Rank Sum – Test. Ergebnisse: Als Determinanten der Arbeitsfähigkeit konnten die Variablen Geschlecht, Führungsposition und Anzahl der belastenden Stressfaktoren identifiziert werden. Frauen wiesen einen schlechteren (B-Koeff.: -2,339, p-Wert: 0,014) und Arbeitnehmer in Führungsposition einen besseren WAI (B-Koeff.: 2,672, p-Wert: 0,004) auf. Mit steigender Anzahl der belastenden Stressfaktoren nimmt der WAI signifikant (p-Wert: 0,002) ab. Der Wilcoxon Rank Sum - Test zeigte keinen signifikanten Unterschied zwischen der Arbeitsfähigkeit vor und nach der BGF-Maßnahme. Schlussfolgerung: Mit Hilfe eines innovativen Ansatzes konnte gezeigt werden, dass die Arbeitsfähigkeit mit dem Stresslevel (Anzahl belastender Stressfaktoren) der Arbeitnehmer in Zusammenhang steht. Das Stresslevel bietet einen geeigneten Ansatzpunkt für Maßnahmen zum Erhalt der Arbeitsfähigkeit, nicht nur für die Studienpopulation, sondern auch, aufgrund annähender Repräsentativität, für das gesamte Kollegium des UKGs. Mit der BGF als bewährte Möglichkeit zum Schutz der Arbeitsfähigkeit und unter Berücksichtigung ermittelter gefährdeter Arbeitnehmergruppen, sollten die Bemühungen um den Erhalt der Arbeitsfähigkeit der Bevölkerung auch in Zukunft fortgesetzt werden.
In der vorliegenden Arbeit sollten zwei verschiedene Wirkstoffklassen auf ihre Fähigkeit Apoptose und Autophagozytose zu aktivieren analysiert werden. Dabei wurden 39 Sigma-Rezeptor-Liganden, die an der Universität Münster (Arbeitsgruppe von Prof. Bernhard Wünsch) synthetisiert wurden, zunächst auf ihre antiproliferativen Eigenschaften in acht humanen Krebszelllinien untersucht. Anhand der Struktur-Wirkungs-Beziehungen konnte gezeigt werden, dass sich große, raumfüllende Substituenten an beiden N-Atomen des Piperazin-Grundgerüstes positiv auf die Hemmung des Zellwachstums auswirken. Da die Multiple Myelom Zellinie RPMI 8226 eine hohe Dichte an Sigma-Rezeptoren exprimiert, wurde sie für weitere Versuche herangezogen. Als repräsentative Liganden wurde das Enantiomerenpaar (S)-11 und (R)-11 für weitere Versuche ausgewählt, da es neben einer guten Affinität zu beiden Rezeptor-Subtypen auch antiproliferierende Eigenschaften in der RPMI 8226-Zelllinie zeigte. Die Behandlung führte zur zeitabhängigen Induktion der Apoptose, die mit den typischen Charakteristika wie morphologische Membranausstülpungen, Annexin-V positive Zellen und der Chromatinkondensation einherging. Die Detektion von aktivierter Caspase-3, -8 und -9 im Durchflusszytometer deutete zunächst auf eine Beteiligung beider Signalwege der Apoptose hin. Da im Western Blot keine Caspase-9-Spaltprodukte detektiert werden konnten und auch die Vorinkubation mit den Caspase-Inhibitoren z-VAD-FMK und M50054 keinen Effekt auf die Apoptoserate bewirkte, scheinen die Caspasen im Sigma-Ligand-vermittelten Zelltod eine untergeordnete Rolle einzunehmen. Die frühe Abnahme des mitochondrialen Membranpotentials verbunden mit der zunehmenden Konzentration des Apoptose-induzierenden Faktors (AIF) im Zytosol der RPMI 8226-Zellen deuten ebenfalls auf eine Caspase-unabhängige Form der Apoptose hin, die besonders für Sigma(2)-Agonisten bereits beschrieben ist. Und auch in diesem Projekt zeigen die Sigma-Liganden zytotoxische Aktivitäten, wenn sie eine Affinität zum Sigma(2)-Rezeptor aufweisen. Neben der Apoptose konnten (S)-11 und (R)-11 auch die Autophagozytose induzieren. Dieser Prozess scheint jedoch der Apoptose nachgeschaltet zu sein und weist darauf hin, dass es sich nicht um einen Schutzmechanismus der Zelle handelt, sondern eher in einer direkten Form des programmierten Zelltodes vom Typ II begründet ist. Dieser ist bisher noch nicht für Sigma-Rezeptor-Liganden beschrieben und könnte einen Vorteil gegenüber anderen Vertretern dieser Wirkstoffklasse darstellen. Eine Gemeinsamkeit von Sigma-Ligand-induzierter Apoptose und Autophagozytose liegt in ihrer Aktivierung durch die Lipidperoxidation. Es wurde ein sehr früher Anstieg von LPO-Produkten detektiert, der sich nur durch das lipophile Antioxidans alpha-Tocopherol beeinflussen ließ. Desweiteren konnte die antiproliferierende Wirkung von (S)- 11 und (R)-11 im MTT-Assay komplett blockiert werden, und auch die Apoptoseraten wurden durch den Radikalfänger signifikant erniedrigt. Die Hemmung der LC3-II-Expression im Western Blot durch alpha-Tocopherol verdeutlicht auch hier die Beteiligung der LPO an der Autophagozytose. Als Vertreter einer weiteren Wirkstoffklasse wurde der phtoaktivierbare Pt(IV)-Komplex FM 165, der in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Peter Sadler (Universität Warwick, UK) synthetisiert wurde, untersucht. Die antiproliferierenden Eigenschaften der photoaktivierbaren Pt(IV)-Verbindung können nicht mit der Apoptose als Zelltodmechanismus begründet werden. In diesem Fall ließen sich keine morphologischen Charakteristika nachweisen und auch die Annexin-V Anfärbung fiel negativ aus. Die weiteren Untersuchungen zeigten jedoch auch die Aktivierung der Autophagozytose durch Expression von LC3-II und p62 im Western Blot. Eine Hemmung lysosomaler Enzyme durch die Protease-Inhibitoren E64d und Pepstatin A führte zu erhöhten LC3-II-Konzentrationen sowie einer p62-Akkumulation. Im Gegensatz zu den Sigma-Rezeptor-Liganden deutet dies eher auf eine vollständige Verlaufsform hin. Da die Autophagozytose bereits nach 6 h-Behandlung mit FM 165 detektiert wurde, ist es nicht ausgeschlossen, dass es sich zunächst um eine zellschützende Funktion handeln könnte. Auch beim FM 165 scheinen oxidative Vorgänge eine wichtige Rolle hinsichtlich der Autophagozytose-Aktivierung zu übernehmen. Nach erfolgter Photoaktivierung der Zellen ließen sich ansteigende ROS Konzentrationen verzeichnen, die nach 2 h deutlich wurden und somit noch vor der Autophagozytose entstehen.
Approaches to the Analysis of Proteomics and Transcriptomics Data based on Statistical Methodology
(2014)
Recent developments in genomics and molecular biology led to the generation of an enormous amount of complex data of different origin. This is demonstrated by a number of published results from microarray experiments in Gene Expression Omnibus. The number was growing in exponential pace over the last decade. The challenge of interpreting these vast amounts of data from different technologies led to the development of new methods in the fields of computational biology and bioinformatics. Researchers often want to represent biological phenomena in the most detailed and comprehensive way. However, due to the technological limitations and other factors like limited resources this is not always possible. On one hand, more detailed and comprehensive research generates data of high complexity that is very often difficult to approach analytically, however, giving bioinformatics a chance to draw more precise and deeper conclusions. On the other hand, for low-complexity tasks the data distribution is known and we can fit a mathematical model. Then, to infer from this mathematical model, researchers can use well-known and standard methodologies. In return for using standard methodologies, the biological questions we are answering might not be unveiling the whole complexity of the biological meaning. Nowadays it is a standard that a biological study involves generation of large amounts of data that needs to be analyzed with a statistical inference. Sometimes data challenge researchers with low complexity task that can be performed with standard and popular methodologies as in Proteomic analysis of mouse oocytes reveals 28 candidate factors of the "reprogrammome". There, we established a protocol for proteomics data that involves preprocessing of the raw data and conducting Gene Ontology overrepresentation analysis utilizing hypergeometric distribution. In cases, where the data complexity is high and there are no published frameworks a researcher could follow, randomization can be an approach to exploit. In two studies by The mouse oocyte proteome escapes maternal aging and CellFateScout - a bioinformatics tool for elucidating small molecule signaling pathways that drive cells in a specific direction we showed how randomization can be performed for distinct complex tasks. In The mouse oocyte proteome escapes maternal aging we constructed a random sample of semantic similarity score between oocyte transcriptome and random transcriptome subset of oocyte proteome size. Therefore, we could calculate whether the proteome is representative of the trancriptome. Further, we established a novel framework for Gene Ontology overrepresentation that involves randomization testing. Every Gene Ontology term is tested whether randomly reassigning all gene labels of belonging to or not belonging to this term will decrease the overall expression level in this term. In CellFateScout - a bioinformatics tool for elucidating small molecule signaling pathways that drive cells in a specific direction we validated CellFateScout against other well-known bioinformatics tools. We stated the question whether our plugin is able to predict small molecule effects better in terms of expression signatures. For this, we constructed a protocol that uses randomization testing. We assess here if the small molecule effect described as a (set of) active signaling pathways, as detected by our plugin or other bioinformatics tools, is significantly closer to known small molecule targets than a random path.
Hintergrund: Für Psoriasis konnte ein positiver Zusammenhang mit kardiovaskulären Erkrankungen gezeigt werden, die Assoziation zu subklinischer Atherosklerose wird allerdings kontrovers diskutiert. Ziel dieser Studie war es, die Assoziation zwischen Psoriasis und der Intima-Media-Dicke (IMT) sowie der Plaque-Prävalenz der Aa. carotides zu analysieren. Methoden:Für die Studie wurden 1987 Datensätze von Männern und Frauen zwischen 25-88 Jahren aus der populationsbasierten Study of Health In Pomerania (SHIP) genutzt. Es wurde der querschnittliche Zusammenhang zwischen Psoriasis und IMT sowie der Plaque-Prävalenz der Aa. carotides anhand linearer und logistischer Regression untersucht. Die Regressionsmodelle waren adjustiert für konfundierende Variablen wie Alter, Geschlecht, Rauchstatus, Alkoholkonsum, Taillenumfang, körperliche Aktivität, systolischer Blutdruck, HbA1c, Gesamt/HDL-Cholesterin und Einnahme von Antihypertensiva, ASS sowie lipidsenkender Medikation. Ergebnisse: Psoriasis zeigte eine Assoziation mit der IMT, aber nicht mit der Plaque-Prävalenz. Nachdem für die konfundierenden Variablen adjustiert wurde, zeigte sich ein mittlerer Unterschied der IMT zwischen den Probanden mit und ohne Psoriasis von 0.016 mm (95% CI: 0.004 mm - 0.028 mm, p < 0.01) und für die Plaque-Prävalenz ein Odds Ratio von 1.12 (95% CI: 0.85 - 1.47). Schlussfolgerung: Die Ergebnisse unserer Studie weisen darauf hin, dass Psoriasis mit einer erhöhten IMT assoziiert ist und demzufolge zu dem atherosklerotischen Prozess und nachfolgenden kardiovaskulären Ereignissen beitragen könnte.
The dentate gyrus (DG) of the hippocampus is one of the stem cell housing niches in the adult mammalian brain. Canonical Wingless-type (Wnt) signals provided by the microenvironment are one of the major niche factors that regulate the differentiation of adult neural stem cells (aNSCs) towards the neuronal lineage. Wnts are part of a complex and diverse set of signaling pathways with a wide range of possible interactions. It remains unknown whether different canonical and non-canonical Wnt signals act in a stage-specific manner to regulate distinctive steps of adult hippocampal neurogenesis. Using in vitro assays on adult hippocampal NSCs, we identified an attenuation of canonical Wnt/ß-Catenin signaling responsiveness in the course of neuronal differentiation, while non-canonical Wnt/Planar Cell Polarity (PCP) signaling events progressively increased. Single-cell genetic manipulations were performed by using retroviral vectors to target dividing progenitor cells in the murine hippocampus. Retrovirus-mediated knockdown of ATP6AP2, a recently discovered core protein involved in both Wnt signaling pathways, revealed that the dual role of this adaptor protein is dependent on the signaling context that is present. We were able to confirm its dual role in neurogenic Wnt signaling in cultured adult hippocampal progenitors (AHPs) for both canonical Wnt signaling in proliferating AHPs and non-canonical Wnt signaling in differentiating AHPs. Specific knockdown of ATP6AP2 in neural progenitor cells in vivo resulted in a decreased induction of neuronal cell fate and severe morphological defects of newborn neurons, likely via altering both canonical and non-canonical Wnt signaling. Furthermore, in vivo knockdown of PCP core proteins CELSR1-3 and FZD3 mimicked the maturational defects of ATP6AP2-deficient neuroblasts but did not affect granule cell fate. In summary, the data presented here characterize a transition of Wnt signaling responsiveness from Wnt/ß-Catenin signaling to non-canonical Wnt/PCP signaling in the course of granule cell fate that was confirmed in a human pluripotent stem cell (hPSC)-based model of dentate granule neurogenesis. Our findings suggest that these pathways show stage-dependent activities and regulate distinct steps of adult dentate granule cell neurogenesis. Conclusively, we provide evidence for a stage-specific regulation of fate determination through the Wnt/ß-Catenin pathway and granule cell morphogenesis through the Wnt/PCP signaling pathway, including the FZD3-CELSR1-3 system. Additionally, the Wnt adaptor protein ATP6AP2 is involved in earlier and later stages of adult neurogenesis and its knockdown in vivo resembles all phenotypic features of both canonical and Wnt/PCP signaling mutants.
Die Prävalenz und die Inzidenz der Herzinsuffizienz (HI) steigt seit Jahren weiter an. Die Prognose der HI ist sehr schlecht, ca. 50 % der Patienten mit dieser Erkrankung sterben innerhalb von fünf Jahren nach Diagnosestellung. Auch durch Neu- und Weiterentwicklung von Therapiekonzepten wurden bisher wenige Erfolge bezüglich der Überlebensdauer betroffener Patienten erzielt. Aus diesem Grund besteht ein großes Interesse, weitere pharmakologische Ansatzpunkte zu finden und neue Behandlungsstrategien zu entwickeln und zu erproben. Ein wichtiger Prozess, der im Rahmen der Pathogenese der HI als Kompensationsmechanismus auf ein schädigendes Indexereignis folgt, ist die Steigerung der Sympathikusaktivität. Er dient über die damit einhergehenden erhöhten Katecholaminspiegel im Herzen und im Blut zunächst der Aufrechterhaltung der kardialen Leistungsfähigkeit. Mit Fortschreiten des Krankheitsprozesses führt dieser Mechanismus jedoch zu einer vermehrten Aktivität der Monoaminooxidasen (MAO), mitochondriale Enzyme, die den Katecholaminabbau katalysieren, und über die massive Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) zu einer weiteren Myokardschädigung führen können. Dementsprechend könnte ein neuartiger Ansatz zur Behandlung der HI die Unterdrückung der MAO-induzierten Bildung schädlicher ROS sein. Im tierexperimentellen Bereich werden häufig HI-Modelle der Doxorubicin-induzierten Kardiotoxizität genutzt. Doxorubicin (DOX) ist ein häufig verwendetes Chemotherapeutikum mit breitem antitumoralen Wirkspektrum, das allerdings eine starke kardiotoxische Wirkung aufweist. Auch bei der Doxorubicin-induzierten Kardiotoxizität soll eine vermehrte ROS-Bildung von zentraler Bedeutung sein. Ziel der vorliegenden Arbeit war es deshalb, die Auswirkungen einer MAO-B-Inhibition mittels Pargylin auf die Herzfunktion Doxorubicin-behandelter Mäuse zu untersuchen. Zur Beantwortung der Fragestellung war es zunächst nötig, ein stabiles und reproduzierbares Mess- und Analysesystem der murinen Herzfunktion aufzubauen. Anschließend sollte damit ein akutes Modell der Doxorubicin-induzierten Kardiomyopathie etabliert und charakterisiert werden. Dieses sollte abschließend dazu dienen, die Effekte des MAO-B-Inhibitors Pargylin auf die kardialen Funktionsparameter DOX-behandelter Tiere zu untersuchen. Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen, die Kardio-MRT-Methode an kleinen Nagern zu etablieren. Es konnte gezeigt werden, dass unter genau definierten Bedingungen bezüglich Narkose und Körperkerntemperatur der Versuchstiere stabile Messergebnisse erzielt werden können. Weiterhin wurde demonstriert, dass die Variabilitäten bei der Auswertung der kardialen Parameter auch zwischen verschiedenen Anwendern sehr gering sind. Somit wurde sichergestellt, dass für nachfolgende Untersuchungen ein verlässliches und stabiles System zur Verfügung stand. In den weiterführenden Experimenten zeigte sich, dass DOX-behandelte Mäuse nach einer Woche eine ausgeprägte Kardiomyopathie entwickelten. Dies zeigte sich in einer signifikanten Verschlechterung der kardialen Pumpfunktion, einer Verkleinerung der linksventrikulären Volumina, einer Reduktion der linksventrikulären Masse sowie einer Verminderung des Körpergewichtes. Mäuse, die zusätzlich Pargylin erhalten haben, zeigten eine deutlich verbesserte Überlebensrate. Im Gegensatz zu Doxorubicin-behandelten Tieren mit einer Gesamtletalität von 30 % wies die Gruppe, die zusätzlich Pargylin erhalten hatte, eine Mortalität von nur 10 % auf. Dieser positive Effekt korreliert jedoch nicht mit einer Verbesserung der Herzfunktion. In den erhobenen kardialen Funktionsparametern zeigten sich zwischen DOX-behandelten Tieren und jenen, die zusätzlich Pargylin erhalten hatten keine signifikanten Unterschiede. Im Rahmen dieser Dissertation konnten somit nur kleinere positive Effekte einer pharmakologischen MAO-B-Inhibition auf eine Doxorubicin-induzierte Kardiomyopathie beobachtet werden. Nichtsdestotrotz stellt eine Hemmung der Bildung reaktiver Sauerstoffspezies ein interessantes target bei neuartigen Therapiekonzepten der HI dar.
Der Diabetes mellitus ist eines der großen Gesundheitsprobleme der westlichen Industrienationen. Laut der Internationalen Diabetes Föderation (IDF) ist Deutschland mit 12 Prozent das Land mit der höchsten Diabetesprävalenz in Europa. Für das Gesundheitssystem stellen die Erkrankung und vor allem die daraus resultierenden Begleiterkrankungen einen erheblichen Kostenfaktor dar. Studien zur Therapiequalität belegen, dass ein Großteil der Diabetiker dauerhaft zu hohe Blutzuckerwerte hat. Oftmals stellt sich in der Behandlung des Diabetes das Problem der regelmäßigen Therapiekontrolle. Dieses Problem wird sich vor allem in ländlichen Räumen mit mangelnder hausärztlicher Versorgung und im Hinblick auf die demographische Entwicklung weiter verschärfen. Ein allgemeiner Lösungsansatz zur Entlastung der Hausärzte wurde mit dem AGnES-Konzept (Arzt-entlastende Gemeinde-nahe E-Health gestützte, Systemische Intervention) entwickelt. Zusätzlich qualifizierte AGnES-Fachkräfte übernahmen in Delegation des Hausarztes Hausbesuche und führten ein standardisiertes Monitoring und indikationsbezogene Vitalwertmessungen durch. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Blutzuckereinstellung, die antidiabetische Arzneimitteltherapie und die arzneimittelbezogenen Probleme einer alten, multimorbiden und in seiner Mobilität eingeschränkten Patientengruppe. In der Follow-up Untersuchung werden Effekte des AGnES-Konzepts beschrieben. Insgesamt befanden sich 355 Patienten (Alter MW=79) mit gemessenen Plasmaglukosewerten (Grenzwerte: präprandiale Messung: 90-130 mg/dl; postprandiale Messung: <180 mg/dl nach ADA Guidelines 2005) und Informationen über den zeitlichen Abstand zur letzten Mahlzeit sowie einer Zustimmung zur Basisanamnese sowie einem vollständig vorliegenden Medikamentendatensatz in der Baseline-Analyse. Zur Abschätzung der Interventionseffekte wurde die gleiche Patientenkohorte im Durchschnitt nach 273 Tagen erneut standardisiert befragt sowie ein zweiter Plasmaglukosewert analysiert. Im Zeitraum dazwischen erhielten die Patienten eine Evaluation durch die behandelnden Hausärzte sowie eine pharmazeutische Betreuung durch die beteiligten Apotheken. Im Follow-up erfüllten 195 Patienten die Einschlusskriterien. Unter den 355 Patienten hatten 67,9% zum Baseline-Zeitpunkt bereits die Diagnose Diabetes mellitus, 32,1% hatten sie nicht. Es zeigte sich, dass 28,5% aller Patienten die Grenzwerte nicht einhielten. Bei den Patienten mit Diagnose Diabetes mellitus waren es 35,3% während es bei den Patienten ohne Diagnose Diabetes 14,1% waren. Die antidiabetische Arzneimitteltherapie der Patienten mit Diagnose Diabetes mellitus zeigte, dass insgesamt 35,7% eine Monotherapie (Insulin oder orales Antidiabetikum), 29,4% eine Kombinationstherapie und 34,9% keine Arzneimittel erhielten. Bei den Patienten, die die Grenzwerte einhielten, hatten 19,9% eine Kombinationstherapie, bei denen die sie nicht einhielten waren es 47,1%. Im Follow-up hielten noch 27,7% aller Patienten die Grenzwerte nicht ein, bei denen mit Diagnose waren es 34,7%, bei denen ohne 7,8%. Im Vergleich zur Baseline Untersuchung hatte es eine leichte Verbesserung gegeben, diese war im McNemar-Test für verbundene Stichproben jedoch für keine der Gruppen signifikant. Bei der antidiabetischen Arzneimitteltherapie zeigten sich Veränderungen in der bevorzugten Therapieart. Die Kombinationstherapie von Insulinen und oralen Antidiabetika reduzierte sich von 19,4% auf 13,9%, gleichzeitig stieg der Anteil an Insulinmonotherapie von 9,7% auf 13,9%. Insgesamt stieg der Anteil von Insulinen an allen Blutzucker senkenden Arzneimitteln leicht von 48% auf 51,2% an, während der Anteil von Sulfonylharnstoffen von 21,4% auf 18,2% fiel. Der Anteil an Diabetikern ohne antidiabetische Arzneimitteltherapie liegt in der Baseline sowie im Follow-up bei ca. 30%. Im Mittelwert haben die Patienten 7,6 weitere Medikamente eingenommen. Die Untersuchung hat gezeigt, dass es Optimierungsbedarf bei der Blutzuckereinstellung von älteren multimorbiden Hausbesuchspatienten gibt. Die Interventionseffekte zeigten keine signifikanten Ergebnisse. Bei der insgesamt hohen Anzahl an eingenommenen Medikamenten ist es eine große Herausforderung, die möglichen Effekte auf den Blutzuckerspiegel sowie die möglichen Interaktionen abzuschätzen. Hierbei kann die kontinuierliche Betreuung durch die beteiligten Apotheker, sowie die regelmäßigen Blutzuckermessungen durch die AGnES-Fachkräfte sowie die Anpassung der Arzneimittel durch die Hausärzte eine Hilfe sein.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, mittels RP (rapid pacing) in vitro bzw. RAP (rapid atrial pacing) in vivo die Bedeutung der miRNAs-1 und -328 für Remodeling-Vorgänge bei Vorhofflimmern zu untersuchen. Von Interesse ist dabei einerseits die Bestimmung des zeitabhängigen Expressionsniveaus der miRNAs unter RP, während andererseits die Auswirkungen ihres funktionellen „knock-down“ auf das Protein-Expressionsmuster von Kardiomyozyten untersucht werden. Für die geplanten Analysen (RT-qPCR, 2-D-Gelelektrophorese) solletn primäre Schweine- und Mauskardiomyozyten sowie die murine HL-1-Kardiomyozytenlinie als Modelle dienen. Im Zentrum der Untersuchungen stehen dabei akut eintretende Veränderungen, da diese für den pathophysiologischen Übergang in die persistierende Rhythmusstörung relevant sind, aber aufgrund der möglichen reversiblen Natur interessante therapeutische Optionen eröffnen könnten. Aufbauend auf die bereits gewonnenen Erkenntnisse in der Literatur soll diese Arbeit einen Beitrag für das Verständnis von atrialen Remodeling-Prozessen leisten, die das Vorhofflimmern zu einer chronischen Krankheit mit erheblichen Komplikationen machen.
In dieser Arbeit wurde die Wirksamkeit der Antiseptika Chlorhexidindigluconat CHX 0,0001 % u. 0,00000625 %), Polihexamethylenbiguanid (PHMB 0,0001 % u. 0,000025 %) und Octenidinhydrochlorid (OCT 0,0002 % u. 0,00005 %) mit gewebekompatiblen Atmosphärendruckplasmen (TTP) mit dem Edelgas Argon als Trägergas mit und ohne Zumischung von 1% Sauerstoff, generiert mit dem kINPen09 und einer Hohlelektroden-Dielectric-Barrier Discharge Plasmaquelle (HDBD) sowie der alleinigen Gasbehandlung (Trägergas ohne Plasmagenerierung) in Bezug auf die Vermehrungshemmung bzw. Eradikation von C. albicans ATCC 10231, C. albicans SC 5314, P. aeruginosa ATCC 9027, P. aeruginosa SG 81, S. epidermidis ATCC 12228, S. epidermidis RP 62A, S. mutans DSM 20523 und S. sanguinis DSM 20068 untersucht. Die Antiseptika wirkten über den gesamten Untersuchungszeitraum von 32 h auf die Mikroorganismen ein, die TTP-Behandlungen nur 60 s. Die Vermehrung der Mikroorganismen wurde alle 30 min anhand der optischen Dichte der Testkulturen gemessen und die Fläche unter dem resultierenden Graphen (Area under the curve, AUC) charakterisiert. Bei C. albicans ATCC 10231 und SC 5314 wurde die Vermehrung vollständig von OCT 0,0002 % und der Plasmabehandlung mit HDBD mit Sauerstoffzuführung gehemmt. Die HDBD-und kINPen09- Behandlungen ohne Sauerstoffzufuhr waren beim ATCC-Stamm nur unwesentlich weniger effektiv. Die restlichen Antiseptika zeigten nur eine geringe Wirkung. Bei der Behandlung von P. aeruginosa SG 81 kam es weder durch die verwendeten Antiseptika noch durch das Plasma zu einer vollständigen Vermehrungshemmung. Insgesamt stellten sich hier die Plasmabehandlungen als deutlich effektiver heraus als die Behandlungen mit den Antiseptika. Auch bei P. aeruginosa ATCC 9027 zeigte die Behandlung mit den Antiseptika einen geringeren Effekt. Im Ganzen reagierten die gramnegativen P. aeruginosa in diesen Versuchen am wenigsten empfindlich auf die antiseptischen Behandlungen. Bei der Behandlung von S. epidermidis RP 62A bewirkten die Antiseptika PHMB 0,0001 % und OCT 0,0002 % eine vollständige Vermehrungshemmung. Die Argongaskontrolle und die Plasmabehandlung mit dem kINPen09 waren ebenso wie die Behandlung mit CHX 0,0001 % etwas weniger wirksam. Beim nicht biofilmbildenden ATCC 12228 Stamm von S. epidermidis, der nicht mit Plasma behandelt wurde, führte nur OCT 0,0002 % zu einer vollständigen Vermehrungshemmung. Bei S. mutans DSM 20523 konnte keine der untersuchten antiseptischen Behandlungen zu einer vollständigen Vermehrungshemmung führen. Am effektivsten stellten sich die Behandlungen mit OCT, PHMB und die Plasmaanwendung mit dem kINPen09 ohne und mit 1 % Sauerstoffbeimischung heraus. Die Behandlung von S. sanguinis DSM 20068 wurde ausschließlich mit Plasma bzw. deren Gaskontrollen durchgeführt. Hier waren die Plasmabehandlungen mit dem kINPen09 und deren Gaskontrollen den HDBD-Behandlungen überlegen. Von allen getesteten Antiseptika stellte sich Octenidin 0,0002 % als das am breitesten wirksame und effektivste Antiseptikum heraus. Bei der Behandlung der Candida- und S. epidermidis-Stämme führte dies zu einer vollständigen Hemmung der Proliferation bis zum Ende des Beobachtungszeitraums von 32 h. CHX 0,0001 % und PHMB 0,0001 % unterschieden sich bis auf die Behandlung von S. epidermidis RP 62A und S. mutans DSM 20523 mit der Überlegenheit für PHMB 0,0001 % nicht in ihrer Wirksamkeit. Die Plasmabehandlungen von 60 s waren mit Ausnahme von S. epidermidis den über den gesamten Untersuchungszeitraum einwirkenden Antiseptika ebenbürtig oder signifikant überlegen. Die Behandlung mit TTP könnte damit eine wirksame Alternative oder Ergänzung zu den herkömmlichen Antiseptika darstellen, um z.B. die Vermehrung von Mikroorganismen in einer infizierten Wunde zu hemmen und somit die Immunabwehr zu unterstützen und Entzündungen zu verzögern oder zu verhindern.
Die vorliegende Arbeit liefert Beiträge zur optischen und elektrischen Charakterisierung des dynamischen Verhaltens von Plasmaspezies in Atmosphärendruck-Plasmen insbesondere mit Hinsicht auf den Einsatz in der Plasmamedizin. Dabei wurde ein breites Spektrum verschiedener Diagnostiken angewandt, um die Zugänglichkeit zur Bestimmung weiterer Plasmaparameter an Atmosphärendruck zu prüfen. Diese Arbeit stellt eine neue Methode zur Bestimmung der Ionendichte bei Atmosphärendruck- Bedingungen vor, bei der elektrische Oszillationen ausgewertet werden, deren Ursprung ionenakustische Wellen im Plasma sind. Weiterhin wurden neben relativen optischen Messungen wie der phasenaufgelösten optischen Fotografie (PROI) und der Kreuz- Korrelations-Spektroskopie (CCS) auch absolute optische Messungen mit der interferometrischen Hakenmethode und dem Pockels-Effekt durchgeführt. Anhand von elektrischen Messungen wurde ferner gezeigt, dass mit einer Strom- und Spannungs-Charakteristik der Einfluss von Aufbauparametern, wie der Kapillarposition oder dem Gasfluss, auf das Plasma untersucht werden kann. Gegenstand der Untersuchungen waren verschiedene Plasmaquellen, die für eine Nutzung in der Plasmamedizin entwickelt wurden. Sowohl die elektrischen Messungen des Parametereinflusses als auch die Bestimmung der Ionendichte erfolgten an der selbstpulsenden transienten Funkenentladung in Argon an offener Atmosphäre. Der geringe Filamentdurchmesser und der dennoch hohe Entladungsstrom ermöglichen die Detektion der ionenakustischen Instabilität. Darüber hinaus wurde diese erratisch zündende Entladung räumlich und zeitlich aufgelöst mit der CCS spektroskopisch untersucht. Dabei wird insbesondere die Selbst-Triggerung der CCS ausgenutzt, um einen Zeitbezug trotz des großen Entladungsjitter zu erhalten. Für die PROI wurden die räumlich und zeitlich stabilen Entladungsanordnungen der Nadel-Platte-Geometrie und des Kapillarjets in Helium gewählt. Die Anordnungen wurden mit einer periodischen Sinusspannung betrieben und wiesen Entladungsspalte von d = 5 - 15 mm auf. Eine besondere Anforderung der Messung mit dem Pockels-Effekt ist zu der räumlichen und zeitlichen Stabilität eine dielektrische Gegenelektrode, welche bei der Anordnung des Kapillarjets möglich war. Bei der Anwendung der interferometrischen Hakenmethode kam neben einem Erdgas-Sauerstoff-Mischgasbrenner sowohl eine Mikrowellen-Entladung (Plexc) als auch ein MHz-Plasmajet (kINPen) zur Anwendung. Die Bedeutung der elektrischen Messungen, besonders der Strom- und Spannungscharakteristik einer Entladung, wurde an dem Parametereinfluss der Kapillarposition einer erratisch zündenden transienten Funkenentladung vorgestellt. Es konnte gezeigt werden, dass der Zeitunterschied zwischen dem Stromsignal eines Vorstreamers und der Hauptentladung durch das Einbringen einer Kapillare in den Entladungsspalt deutlich verringert wird. Insbesondere der Beitrag der lokalen elektrischen Feldstärkeerhöhung an der Kapillarkante und der Diffusionsanteil der Umgebungsluft wurden als Ursachen, durch Vergleich einer Feldsimulation mit der Beobachtung der Vorphase an der Kapillarkante in den CCS-Messungen, diskutiert. Anschließend konnte gezeigt werden, dass der Leistungseintrag in die Vorphase durch die Platzierung der Kapillare deutlich reduziert werden kann. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist die Beobachtung von ionenakustischen Wellen als Oszillationen im Abklingen des Stromsignals einer erratisch zündenden transienten Funkenentladung. Hierzu war es nötig, elektrische Störungen zu erkennen und zu eliminieren. Es konnte ein Erdschleifen-freier Aufbau realisiert werden. In diesem Aufbau zeigt sich, dass die Signale der ionenakustischen Welle ausschließlich in einem bestimmten Gasflussbereich beobachtet werden. Die gemessene Frequenz der Oszillationen wurde als Ionenplasmafrequenz f_{pl ,i} identifiziert und enthält daher Angaben zu den Ionendichten im Bereich von n_{Ar_2^+} = 3•10^{14} cm^{-3} bis 1•10^{12} cm^{-3}. Nach einer Abschätzung der zu erwartenden Elektronendichte, die der gemessenen Ionendichte sehr nahe kommt, wurde die Dispersionsrelation für die vorhandenen Entladungsbedingungen aufgestellt und gelöst. Dabei zeigt sich eine starke zeitliche Dämpfung über die Ionen-Neutralteilchenstöße sowie eine räumliche Verstärkung für die Ionenplasmafrequenz. Aus der Dämpfung der Oszillationsamplituden konnte die Ionen- Neutralteilchen-Stoßfrequenz nu_i = 3•10^7 Hz ermittelt werden. Weiterhin ergibt sich aus der Lösung der Dispersionsrelation ein Existenzbereich für die ionenakustischen Wellen in Abhängigkeit von der Ionendichte und der elektrischen Feldstärke.
Bezugsnormen stellen in der Leistungsmotivation ein zentrales Konstrukt dar. Durch die Bewertung eines Handlungsresultats an individuellen, sozialen oder kriterialen Bezugsnormen wird die Leistungsgüte bestimmt. Während individuelle Bezugsnormen eine temporale Perspektive eröffnen und somit den Zusammenhang von Anstrengung und Leistungszuwachs erkennbar machen und ihnen motivational förderliche Effekte zugesprochen werden, kann an der sozialen Bezugsnorm der Rangplatz in einer Vergleichsgruppe bestimmt werden. Die soziale Bezugsnorm soll motivational hemmende Wirkung haben. Diese angenommenen Effekte werden unter Berücksichtigung von Zielorientierung und Persönlichkeitsfaktoren genauer untersucht. Als theoretischer Rahmen dient hierbei das hierarchische Modell der Motivation. In Studie 1 (N = 204) zeigt sich eine differentielle Wirkung der Bezugsnormen: Unterschiede finden sich im Interesse an der Aufgabe, im Zielcommitment und im Fähigkeitsselbstkonzept. In Studie 2 wird der gemeinsame Einfluss von Zielorientierungen und Bezugsnormen auf die Aufgabenwahl geprüft. In dieser Untersuchung (N = 546) können die angenommenen Zusammenhänge nicht gezeigt werden. Vielmehr findet sich ein relevanter Zusammenhang von Neurotizismus und Vermeidungs-Leistungszielorientierung. In Studie 3 (N = 90) wird geprüft, ob sich die Präferenz für eine Leistungsrückmeldung mit klassischen motivationspsychologischen Variablen vorhersagen lässt. Die Ergebnisse erlauben keine Vorhersage anhand der gewählten Variablen. Es zeigt sich jedoch wiederum ein relevanter Zusammenhang von Neurotizismus und Vermeidungs-Leistungszielen. Vor dem Hintergrund des hierarchischen Modells der Motivation kann das Konstrukt der Bezugsnormen in den aktuellen theoretischen Rahmen eingeordnet werden. In den drei berichteten Studien werden die geprüften Annahmen teilweise bestätigt. Die Ergebnisse werden unter Berücksichtigung des gefundenen Zusammenhangs von Neurotizismus und Vermeidungs-Leistungszielorientierung diskutiert.
Heparin is an anticoagulant drug. It is important in the treatment of deep vein thrombosis,pulmonary embolism and during surgeries. Heparin-induced thrombocytopenia (HIT) is a severe adverse reaction caused by the formation of ultralarge complexes of platelet factor 4 (PF4) with unfractionated heparin (UFH). It can lead to limb loss or fatal events like stroke, myocardial infarction or pulmonary embolism. HIT has an incidence of about 3% in patients receiving anticoagulative heparin treatment. PF4 is a tetrameric protein, released from the α-granules of platelets upon activation. PF4 is known to form antigenic complexes with UFH accompanied by structural changes of PF4. In this thesis, the size and size distribution of PF4 and PF4/heparin complexes were analyzed using asymmetrical flow field-flow-fractionation (AF4), photon correlation spectroscopy (PCS) and atomic force microscopy (AFM). PF4 tends to form auto-aggregates and to adsorb to different surfaces, including regenerated cellulose, polyethersulfone, quartz and glass. The aggregates are less pronounced in solutions at isotonic NaCl concentration. Arginine and Tween 20 were identified as possible ingredients to hinder the auto-aggregation of PF4. Also, it is shown by combining circular dichroism (CD) spectroscopy, atomic force microscopy (AFM) and isothermal titration calorimetry (ITC) with UFH and defined chain length (16-, 8-, 6-, 5-mer) heparins that structural changes (i.e., increase in β-sheets) alone are not sufficient to induce antigenicity. While UFH, 16-, 8-, and 6-mer heparins all induced an increase in the antiparallel β-sheet content to > 30% (as determined by CD spectroscopy), complex antigenicity as measured by anti-PF4/heparin antibody binding in an enzyme-linked immunosorbent assay (EIA) was only induced by UFH and 16-mer heparin. Fondaparinux (5-mer heparin), which forms in vitro non-antigenic complexes with PF4, did not induce structural changes of PF4. Interestingly, the structural changes induced by antigenic UFH and 16-mer heparin but not by non-antigenic shorter heparins were reversible at higher heparin concentrations. Furthermore, the complexes formed by PF4 with longer heparins were larger than those formed with shorter heparins as shown by atomic force microscopy (AFM). UFH, HO16 and HO08 are able to form ultralarge multimolecular complexes with PF4. ITC data indicated strong electrostatic interactions and energetically unfavorable conformational changes of PF4 with longer heparins, while for the short heparins, favorable conformational changes in the structure of PF4 are induced. This explains the reversibility of the structural changes seen for UFH and HO16 upon addition of an over-saturating amount of heparin. Finally, using differential scanning calorimetry (DSC) the thermal stability of PF4 and PF4/heparin complexes was assessed. Despite its tendency to form auto-aggregates, PF4 is a heat-stable protein. This stability is, length dependently, even increased in complex with heparins. This work shows important differences in the binding between PF4 and heparins of different chain length and might be relevant for the understanding of other biological functions of heparins (e.g., involvement in allergic and inflammatory reactions).
Ziel dieser Arbeit war die funktionelle Charakterisierung von zwei putativen Virulenzgenen von Burkholderia pseudomallei. Es wurde ein klassischer LysR-Typ Transkriptionsregulator (BPSL0117) mittels Tn5 Mutagenese als wichtiger Virulenzfaktor gefunden und mit verschiedenen in vitro, in vivo und weiterer molekularer Methoden wie gelfreie Proteomics untersucht. Daneben wurde ein hypothetisches Protein (BPSS1528 = bapA) mit unbekannter Funktion aus einen Typ-III-Sekretionssystem gezielt deletiert und funktionell beschrieben. Diese Mutante wies letztlich keine eingeschränkte Virulenz im Vergleich zum Wildtypstamm aus.
Zusammenfassung: Heparin ist ein häufig verwendetes Medikament, das zur Prophylaxe und Therapie von Thrombosen eingesetzt wird. Eine unerwünschte Nebenwirkung des Heparins ist die Heparin-induzierte Thrombozytopenie (HIT), die paradoxerweise mit potentiell lebensbedrohlichen arteriellen und venösen Gefäßverschlüssen assoziiert ist. Die Erkrankung wird durch die Bil-dung von Thrombozyten-aktivierenden Antikörpern der Klasse Immunglobulin G (IgG) aus-gelöst. Diese sind gegen Komplexe aus dem Thrombozytenprotein Plättchenfaktor 4 (PF4) und Heparin gerichtet. Die zugrunde liegende B-Zell-vermittelte Immunität entspricht nicht der klassischen Immunantwort und führt zu einer frühzeitigen und transienten Produktion von anti-PF4/Heparin-Antikörpern der Klassen IgM und IgG. In der vorliegenden Arbeit wurden die B-Zellen, die an der Produktion von anti-PF4/Heparin-Antikörpern beteiligt sind, identifiziert. Hierfür wurden die Mäuse systemisch mit PF4/Heparin-Komplexen immunisiert. Das Vorliegen einer Immunantwort wurde durch den Nachweis der Antikörperproduktion mittels eines neu entwickelten Fluid-Phase ELISA nach-gewiesen. Der Einsatz von rekombinanten Maus-PF4/Heparin-Komplexen zeigte, dass die beim Menschen für die HIT charakteristisch frühe und transiente Antikörperproduktion auch im Mausmodell auftritt. Diese Immunantwort war spezifisch für PF4/Heparin-Komplexe und konnte nicht durch andere unspezifische Reize wie ein Gewebetrauma oder dem Modellanti-gen Ovalbumin ausgelöst werden. Der Nachweis der anti-PF4/Heparin-Antikörper-sezernierenden B-Zellpopulation(en) wurde durch die Etablierung des Zell-spezifischen Enzym-gekoppelten Immun-Spot Tests (ELISPOT) auf der Fluid-Phase Basis – Detektion der PF4/Heparin-Antikörper-Komplexe in der löslichen Phase – ermöglicht. Unterschiedliche Gewebe/Kompartimente (Milz, Knochen-mark, Peritonealhöhle) von naiven, nicht-immunisierten und PF4/Heparin-immunisierten Mäusen wurden mit diesem Assay auf das Vorliegen von PF4/Heparin-spezifischen B-Zellen untersucht. Während in nicht-immunisierten Mäusen ausschließlich B-Zellen nachgewiesen werden konnten, die anti-PF4/Heparin-Antikörper der Klasse IgM produzierten, wurden in immunisierten Mäusen sowohl kurzlebige PF4/Heparin-spezifische IgM (7%)- als auch IgG (25%)-sezernierende B-Zellen detektiert. Die spezifischen Zellen befanden sich in beiden Fällen in der Milz. Dieses Gewebe dient als Nische für follikuläre, Marginalzonen (Mz)- und B1-B-Zellen, wobei sie im Fall der Mz-B-Zellen die einzige Überlebensnische darstellt. Den Hauptanteil der Antikörper-produzierenden Milzzellen bilden die follikulären B-Zellen, deren Antikörperproduktion T-Zell-abhängig ist. Als Hauptquelle der anti-PF4/Heparin-Antikörper konnte diese Zellpopulation ausgeschlossen werden, da T-Zell-defiziente Mäuse nach der Behandlung mit PF4/Heparin weiterhin spezifische Antikörper produzierten. Normale Mäuse, denen vor der PF4/Heparin-Behandlung die Milz und somit die Mz-B-Zellen operativ entfernt wurden, konnten hingegen keine anti-PF4/Heparin-Antikörper mehr bilden. Dies zeigt, dass B1-Zellen allein nicht ausreichend sind, um die anti-PF4/Heparin-Antikörperproduktion zu induzieren, und dass Mz-B-Zellen für die Immunantwort notwendig sind. Der Mechanismus, der die Aktivierung der PF4/Heparin-spezifischen Mz-B-Zellen auslöst, ist bisher nicht im Detail bekannt. Jedoch konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die in vitro Stimulation von B-Zellen mit Mitogenen wie CpG und SAC antigenunabhängig zur Produktion von anti-PF4/Heparin-Antikörpern führt. Dies lässt vermuten, dass neben dem Kontakt mit dem Antigen auch andere immunstimulatorische Faktoren in die Induktion der Immunantwort gegen Maus-PF4/Heparin-Komplexe involviert sind.
Die Synthese und der Abbau von mikrobieller Biomasse sind fundamentale biologische Prozesse auf unserer Erde. Im Gegensatz zu zellulären Syntheseleistungen wurde der Eliminierung von mikrobieller Biomasse allerdings bisher weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Die Auflösung von Bakterienzellen wird als Bakteriolyse bezeichnet. Innerhalb von natürlichen Bakteriengemeinschaften wird die Bakteriolyse eingeleitet durch verschiedene mikrobielle Prozesse und wird schließlich durch die Degradation komplexer bakterieller Zellwandbausteine bedingt. Sie ist ein fundamentaler Vorgang zur Energie- und Nährstoffversorgung, sowohl im Rahmen der Saprotrophie, also dem Abbau von toten Bakterienzellen, als auch der Bakterivorie, der Prädation an lebenden Bakterien. Der Prozess der Bakteriolyse ist bei beiden Ernährungstypen abhängig von extrazellulären Enzymen und bioaktiven Metaboliten, die den enzymatischen Angriff ermöglichen oder verstärken und letztlich zur Zerstörung des Zellmaterials beitragen. Bakteriolytische Substanzen und Metaboliten besitzen eine hohe Anwendungsrelevanz, beispielsweise für die Zurückdrängung von Bakterien in vielen verschiedenen Bereichen des Lebens und werden in Anbetracht der weltweit steigenden Verbreitung von Krankheits- und Schaderregern sowie von Antibiotikaresistenzen dringend benötigt. Um Zugang zu neuen antimikrobiellen Substanzklassen zu erhalten, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit 35 stark bakteriolytische Bakterienisolate aus Brackwasser gewonnen und charakterisiert, darunter 31 von verschiedenen Probenahmeorten der Ostsee und 4 aus dem brackwasserhaltigen Bereich des Balchaschsees in Kasachstan. Alle bakteriolytischen Isolate wurden morphologisch und physiologisch charakterisiert. Eine Auswahl bakteriolytischer Stämme wurde zusätzlich taxonomisch identifiziert. Von den bakteriolytischen Umweltisolaten aus der Ostsee konnten zehn Stämme eindeutig den vier Bacillus-Arten B. pumilus, B. subtilis, B. megaterium und B. licheniformis zugeordnet werden (Brack et al. 2013). Unter den Isolaten aus dem Balchaschsee wurden drei Stämme als Pseudomonas veronii und ein Stamm als Paenibacillus apiarius identifiziert. Die Isolate aus dem Balchaschsee zeichneten sich durch eine starke Lyseaktivität gegenüber lebenden Zellen von Pseudomonas putida, Escherichia coli, Micrococcus luteus und Arthrobacter citreus aus und waren zum Teil in der Lage, auch autoklavierte Zellen dieser Arten zu degradieren. Für das Isolat Paenibacillus apiarius SBUG 1947 wurde nach Analyse von Wachstumskurven und elektronenmikroskopischen Aufnahmen eine besonders deutliche Lyseaktivität gegenüber lebenden Zellen von A. citreus in Flüssigkultur nachgewiesen (Brack et al. 2014c). In einem umfangreichen systematischen Screening über die bakteriellen Isolate aus der Ostsee zeigten ausgewählte Bacillus-Stämme aller vier identifizierten Arten lytische Aktivitäten gegenüber lebenden Zellen von grampositiven und gramnegativen Bakterien der Arten Arthrobacter citreus, Micrococcus luteus und Pseudomonas putida sowie zum Teil gegenüber Hefen wie Trichosporon mucoides. Diese und weitere Mikroorganismen wie Aeromonas sp., Bacillus subtilis, Chromobacterium violaceum, Citrobacter freundii, Enterobacter aerogenes, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa und Serratia marcescens wurden in Form von autoklavierten und pasteurisierten Zellen ebenfalls durch die Bacillus-Stämme lysiert (Brack et al. 2013). Das stark bakteriolytische Isolat B. pumilus SBUG 1800 zeigte zudem in Flüssigkultur eine deutliche Bakteriolyseaktivität gegen pasteurisierte und lebende Zellen von A. citreus, wobei selbst ein geringes Inokulum von B. pumilus zu einer raschen Abtötung sowie Auflösung der Wirtszellen führte, wie in Wachstumsversuchen und mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Aufnahmen gezeigt werden konnte. Die stärkste Lyseaktivität gegenüber lebensfähigen A. citreus-Zellen konnte nach 3,5 bis 4,5 Stunden der Inkubation in Co-Kultur mit verdünnter Nährbouillon beobachtet werden. Um den Bakteriolyseprozess genauer zu charakterisieren, wurden im Folgenden Veränderungen im extrazellulären Metabolom und Proteom unter verschiedenen Kulturbedingungen untersucht. So wiesen die zellfreien Kulturüberstände von B. pumilus SBUG 1800, coinkubiert mit pasteurisierten Zellen von A. citreus, nachweislich eine starke bakteriolytische Aktivität auf, was auf die Anwesenheit von extrazellulären Lysefaktoren hindeutete. Diese lytischen Faktoren sollten mit Hilfe von analytischen Messmethoden nachgewiesen und biochemisch charakterisiert werden. Mittels gekoppelter Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) und Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) wurden im Kulturüberstand von B. pumilus SBUG 1800, inkubiert in Gegenwart von pasteurisierten Zellen von A. citreus, verschiedene 2,5 Diketopiperazine detektiert. Hierdurch gelang der erste wissenschaftliche Nachweis der Sekretion der Diketopiperazine Cyclo(-Ala-Pro), Cyclo(-Gly-Pro), Cyclo(-Val-Pro), Cyclo( Ile-Pro), Cyclo(-Leu-Pro), Cyclo(-Pro-Pro), Cyclo (-HyP-Pro), Cyclo (-Pro-Met) und Cyclo(-Phe-Pro) durch das Umweltisolat B. pumilus SBUG 1800 aus der Ostsee sowie auch durch den Laborstamm B. pumilus SBUG 1921 (auch B. pumilus Jo2). Beide Stämme reagierten nach 4 h der Inkubation in einem Mineralsalzmedium mit einer erhöhten Produktion der Diketopiperazine Cyclo(-Gly-Pro), Cyclo(-Ala-Pro) und Cyclo(-Val-Pro) auf das Vorhandensein pasteurisierter A. citreus-Zellen. Auch in zehnfach verdünnter Nährbouillon wurden diese Diketopiperazine produziert. Die detektierten antimikrobiellen Diketopiperazine wiesen gegenüber verschiedenen Teststämmen eine Hemmwirkung auf, die bereits bei sehr geringen Konzentrationen von 1 µg ml-1 einsetzte. Für die Diketopiperazine konnte jedoch keine bakteriolytische Funktion nachgewiesen werden, weder gegenüber lebenden noch gegenüber abgetöteten Bakterienzellen (Brack et al. 2014a). Sie wirken daher als Stoffwechsel inaktivierende Vorstufe für einen nachfolgend einsetzenden bakteriolytischen Prozess. Um den unbekannten Lysefaktor aus dem zellfreien Überstand von B. pumilus SBUG 1800 zu identifizieren, wurde unter anderem die Lipopeptid-Fraktion der Zellen gewonnen und mittels LC-MS analysiert. Dabei wurden neun verschiedene Pumilacidine, darunter zwei bislang unbeschriebene Lipopeptide mit den Molekülmassen 1007 und 1021, detektiert. Da die Lipopeptidextrakte lebende Wirtzellen lysierten, können die Pumilacidine als eine erste Gruppe von wirksamen Lysefaktoren im untersuchten Prädator-Wirt-System angesehen werden. Die Konzentration der Pumilacidine ist ähnlich der Diketopiperazin-Konzentration nach vier Stunden der Inkubation in verdünnter Nährbouillon höher in Anwesenheit von pasteurisierten oder lebenden Zellen von A. citreus als im Kontrollmedium ohne Wirtszellen. Neben den antimikrobiellen Diketopiperazinen und den bakteriolytischen Pumilacidinen konnte mittels Gelelektrophorese die bakteriolytische Wirksamkeit einer großen Bandbreite von extrazellulären Enzymen aus B. pumilus SBUG 1800 nachgewiesen werden. Zwei der bakteriolytisch wirksamen Enzyme konnten mit Hilfe massenspektrometrischer Methoden als die Zellwandhydrolasen N-Acetylmuramoyl-L-Alaninamidase und β N Acetylglukosaminidase identifiziert werden (Brack et al. 2014b). Im Kontext der aktuellen Fachliteratur deuten die hier vorgestellten Ergebnisse darauf hin, dass Bacillus-Arten sich als Intragilden-Prädatoren in das marine mikrobielle Nahrungsnetz einordnen lassen. Bei Nahrungsmangel, vergleichbar mit dem Wachstum in der vielfach verwendeten, zehnfach verdünnten Nährbouillon, greift B. pumilus benachbarte Mikroorganismen an, um diese als Nährstoff- und Energiequellen für das eigene Überleben zu nutzen durch die damit verbundene Lyse von Nahrungskonkurrenten den Prozess der eigenen Sporulation zu retardieren. Der Vorgang der Bakteriolyse im untersuchten Prädator-Wirt-System läuft dabei nach dem dargelegten Kenntnisstand folgendermaßen ab. In der Co-Kultur wird das Wachstum der Wirtsbakterienart A. citreus durch neun verschiedene Diketopiperazine mit antibakterieller Wirksamkeit inhibiert. Die Gesamtkonzentration der Diketopiperazine liegt bei über 80 µg ml-1. Gleichzeitig verursachen die ausgeschiedenen Pumilacidine A bis I als Hauptfaktoren der Bakteriolyse die initiale Zellpermeabilisierung, und den Zelltod der Wirtsbakterien, wahrscheinlich bedingt durch eine Desintegration von Membranstrukturen, woraufhin der austretende Zellinhalt im Medium verfügbar wird. Für die Degradation der freiwerdenden makromolekularen Nährstoffe sekretiert B. pumilus ein breites Spektrum von verschiedenen hydrolytischen extrazellulären Enzymen, welche die komplexen Zellbestandteile zu metabolisierbaren Oligomeren und Monomeren zersetzen (Brack et al. 2014b). Auf der Grundlage der neuen Erkenntnisse über den Hergang der Bakteriolyse im ausgewählten Prädator-Wirt-System können neue, anwendungsrelevante Ansätze für die Zurückdrängung von schädlichen Mikroorganismen abgeleitet werden. Neben der detailliert untersuchten Art Bacillus pumilus stehen weitere lytische Bakterien zur Verfügung, deren Wirkstoffe und lytische Enzyme, ein großes Potential zur Zerstörung von mikrobiellen Zellen und
Chemistry and biology of Phenolics isolated from Myricaria germanica (L.) Desv. (Tamaricaceae)
(2014)
In accordance with the recent worldwide interest in plant phenolics, which emerges from their broad range of biological activities, particular emphasis has been focused, in the present thesis, on the constitutive phenolics of the extract of Myricaria germanica (L.) Desv. (Tamaricaceae). During the current thesis twenty phenolics (1 – 20) were isolated and identified from the aqueous/ethanol extract of the whole Myricaria germanica plant. The isolates include four hitherto unknown natural phenolics (2, 10, 12 and 20). Also, the cytotoxic activities of M. germanica extract, column fractions, and one new natural isolate against three different solid tumor cell lines, namely, breast cancer (MCF-7), prostate (PC-3), and liver (Huh-7) cancer cell using SRB viability assay have been investigated and first insights into mode of action have been obtained.
Transcriptional repression of regulated structural genes in eukaryotes often depends on pleiotropic corepressor complexes. A well-known corepressor conserved from yeast to mammalian systems is Sin3. In addition to Sin3, yeast Cyc8/Tup1 corepressor complex also regulates a diverse set of genes. Both corepressors can be recruited to target genes via interaction with specific DNA-binding proteins, leading to down-regulation of a large number of unrelated structural genes by associated histone deacetylases (HDACs). In vitro interaction studies performed in this work by GST pull-down assays showed that various repressor proteins (such as Whi5, Stb1, Gal80, Rfx1, Ure2, Rdr1, Xbp1, Yhp1, Rox1, Yox1, Dal80 and Mot3) are indeed able to bind pleiotropic corepressors Sin3 and/or Cyc8/Tup1. All repressors interacting with Sin3 contact its paired amphipathic helix domains PAH1 and/or PAH2. Mapping experiments allowed the characterization of minimum repressor domains and to derive a sequence pattern which may be important for repressor interaction with Cyc8 or Sin3. Interactions for some pathway-specific repressors such as Cti6 and Fkh1 have been studied comprehensively; minimal domains of Cti6 and Fkh1 required for interaction with Sin3 have been mapped and subsequently investigated by mutational analysis. In vitro interaction studies could show that amino acids 350-506 of Cti6 bind PAH2 of Sin3. To analyze this Cti6-Sin3 interaction domain (CSID) in more detail, selected amino acids within CSID were replaced by alanine. It turned out that hydrophobic amino acids V467, L481 and L491 L492 L493 are important for Cti6-Sin3 binding. The results of this work also suggest that repression is not executed entirely via Sin3, but rather CSID is also important for contacting pleiotropic corepressor Cyc8. In addition to PAH2 of Sin3, CSID also binds to tetratricopeptide repeats (TPR) of Cyc8. Furthermore, in vitro mapping studies revealed that Fkh1 also binds PAH2 of corepressor Sin3 via its N-terminal domain (aa 51-125). Binding studies with mutagenized Fkh1-Sin3 interaction domain (FSID) showed that Fkh151-125 variants L74A and I78A were unable to bind PAH2 of Sin3. Confirming in vitro studies, Cti6350-506 and Fkh151-125 also displayed in vivo interaction with PAH2 of Sin3 by using the “yeast two -hybrid” system. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) analyses have demonstrated Cti6 recruitment to promoters of genes such as RNR3 and SMF3 containing iron responsive elements (IRE). Importantly, Sin3 was also recruited to these promoters but only in the presence of functional Cti6. Similarly, recruitment of Fkh1 and Sin3 to promoters of cell-cycle regulated genes CLB2 and SWI5 was shown. Recruitment of Sin3 was completely Fkh1-dependent. Additional findings of this work shed light on the fact that not only repressor proteins may contact Sin3 but also activator proteins not yet considered for interaction, e. g. specific activators such as Pho4 and Ino2. These findings indicate that Sin3 may fulfill functions beyond acting as a corepressor. In vitro studies on Sin3-Pho4 interaction showed that aa 156-208 of Pho4 are able to bind both PAH1 and PAH2 of Sin3, while an internal region of Ino2 comprising amino acids 119-212 binds to both Sin3 and Cyc8.
This study validates a newly-developed scale of consumer culture at individual-level in purchase-consumption context. Following unipolar approach in measurement, the applicable-reliable scale for consumer culture analyzes plausible effects of the seven cultural dimensions on three selected consumer-behaviors; anticipated regret, and two further purchase behaviors of variety-seeking and Quality-consciousness, comparing both Hedonic and Utilitarian aspect of consumer decisions. The interaction among the three behavioral variables are also studied. Feeling the necessity of cultural investigations in rather-unknown countries, Iran and Germany are focused.Iran is among the culturally undiscovered markets with an ever increasing demand; also German consumers have several unknown aspects in their purchase behaviors. Finally, the role of contextual elements — nationality, demographic profile and task— in consumer purchase behaviors are separately analyzed.
Magnetic reconnection is a ubiquitous phenomenon observed in a wide range of magnetized plasmas from magnetic confinement fusion devices to space plasmas in the magnetotail. The process enables the release of accumulated magnetic energy by rapid changes in magnetic topology, heating the plasma in the vicinity of the reconnection site, generating fast particles and allowing a wealth of instabilities to grow. This thesis reports on the results from a newly constructed linear, cylindrical and modular guide field reconnection experiment with highly reproducible events, VINETA.II. A detailed analysis of the reconnecting current sheet properties on a macroscopic and microscopic scale in time and space is presented. In the experiment, four parallel axial wires create a figure-eight in-plane magnetic field with an X-line along the central axis, as well as an axial inductive field that drives magnetic reconnection. Particle-in-cell simulations show that the axial current is limited by sheaths at the boundaries and that electrostatic fields along the device axis always set up in response to the induced electric field. Current sheet formation requires an additional electron current source, realized as a plasma gun, which discharges into a homogeneous background plasma created by a rf antenna. The evolution of the plasma current is found to be dominantly set by its electrical circuit. The current response to the applied electric field is mainly inductive, which in turn strongly influences the reconnection rate. The three-dimensional distribution of the current sheet is determined by the magnetic mapping of the plasma gun along the sheared magnetic field lines, as well as by radial cross-field expansion. This expansion is due to a lack of equilibrium in the in-plane force balance. Resistive diffusion of the magnetic field by E=η j is found to be by far insufficient to account for the high reconnection rate E=-dΨ/dt at the X-line, indicating the presence of large electrostatic fields which do not contribute to dissipative reconnection. High-frequency magnetic fluctuations are observed throughout the current sheet which are compared to qualitatively similar observations in the Magnetic Reconnection Experiment (MRX, Princeton). The turbulent fluctuation spectra in both experiments display a spectral kink near the lower hybrid frequency, indicating the presence of lower hybrid type instabilities. In contrast to the expected perpendicular propagation of mainly electrostatic waves, an electromagnetic wave is found in VINETA.II that propagates along the guide field and matches the whistler wave dispersion. Good correlation is observed between the local axial current density and the fluctuation amplitude across the azimuthal plane. Instabilities driven by parallel drifts can be excluded due to the large required drift velocities or low resulting phase velocities that are not observed. It is instead suggested that a perpendicular, electrostatic lower hybrid mode indeed exists that resonantly excites a parallel, electromagnetic whistler wave through linear mode conversion. The resulting fluctuations are found to be intrinsic to the localized current sheet and are independent of the slower reconnection dynamics. Their amplitude is small compared to the in-plane fields, and have a negligible contribution to anomalous resistivity through momentum transport in the present parameter regime.
In the search for new antifungal agents, this study dealt with the antimicrobial screening, extraction, isolation, structural elucidation as well as selective biological investigations of the isolated compounds. In addition, the impact of the culture conditions on growth and on biosynthesis of bioactive compounds was also studied. Besides, selective cyanobacteria were axenized and the taxonomy as well as the genetic relationship of axenic cyanobacteria that produced bioactive compounds with some other cyanobacteria was identified basing on the 16S rRNA gene sequences. 22 Vietnamese and 6 German cyanobacterial strains were screened for their antifungal activity using the agar diffusion assay. Among them, the MeOH/water extract from the biomass obtained from a laboratory culture of strain Bio 33, isolated from the Baltic Sea near Rügen Island, exhibited a specific antifungal activity against Candida maltosa and others human pathogenous fungi such as Candida albicans, Candida krusei, Aspergillus fumigatus, Microsporum gypseum, Trichophyton rubrum and Mucor sp. Besides, it was very impressed that extracts of strain Bio 33 showed no antibacterial activity against Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, and Staphylococcus aureus. The taxonomy basing on 16S rRNA gene sequence of the axenic Bio 33 identified this strain as Anabaena cylindrica species. As a result of the bioassay-guided fractionation of the crude MeOH/water extract, four new lipopeptides, named balticidins A – D, were isolated. These lipopeptides represent a new structural type with the co-occurrence of a glycosylated cyclic peptide, a fatty acid containing chlorine and a disaccharide moiety. The main active fraction isolated from the MeOH/water extract of the biomass of Bio 33 which contains the four lipopeptides exhibited only marginal cytotoxic activity against the human bladder carcinoma cell line 5637 (IC50 = 93 μg/ml). The weak cytotoxic activity and the absence of antibacterial effects in the used in vitro test systems opens a promising future for further investigations to clarify the antifungal mechanism and for in vivo applications of the new lipopeptides. Different media, temperature, light intensity and period of irradiance, the depletion of nitrate and the trace element cobalt were investigated to figure out conditions at which Bio 33 produces maximum of balticidins under laboratory conditions. Temperature was the most apparent factor influencing the growth of Bio 33 and the production of balticidins. Bio 33 grew best in BG 11 medium plus 0.5% NaCl at 26°C, under white fluorescent continuous light and a light intensity of 20 μmol photons m-2 s-1. Nevertheless, under the same conditions, 22.5°C was the best temperature for the production of balticidins. Besides, harvesting of Bio 33 during the logarithmic growth phase, particularly at 20th day, should supply approximately maximum quantity of balticidins. At 22.5°C and 20 μmol photons m-2 s-1 under 24 h continuous irradiance, the depletion of nitrate had no negative effect on the growth and concentration of balticidin A but increased balticidin B and decreased balticidin C; the absence of cobalt slightly decreased the growth but had no clear effect on the production of balticidins. On the other hand, extracts of the culture medium of the Vietnamese cyanobacterium TVN40, exhibited antifungal activity against Candida maltosa and weak antibacterial activity. Extraction of the culture medium with XAD-16 and elution of the XAD-bounded compounds by different solvents resulted in five fractions (water, 80% MeOH, 100% MeOH, acetone, dichloromethan). Four compounds have been isolated from the 80% MeOH fraction and one was identified as a dioxindole derivative. Structural elucidation of the other three compounds is still in progress. TVN40 was formerly identified as an Anabaena sp. according to the morphological properties, but the 16S rRNA gene sequence confirms that the strain belongs to the genus Nostoc. Microscopic examination of TVN40 revealed that the filamentous strain was not a unialgal but a mixed culture with strange round cells (SRCs) - a unicellular cyanobacterium belonging to the order Chroococcales. Laboratory cultures of the pure filamentous strain TVN40, the isolated SRCs and the mixed culture of both strains were established. Both TVN40 and SRC culture media were responsible for the antibacterial activity against B. subtilis, S. aureus and E. coli. However, only the extract of the culture medium of TVN40 was active against C. maltosa. The supplement of cobalt enhanced the antimicrobial activity of the culture medium. Pure strains showed higher activity in comparison to the mixed culture of TVN40 and SRC.
Zielsetzung: Der Weite des Ventrikelsystems kommt in der neuroradiologischen Diagnostik eine zentrale Bedeutung zu. Doch auch heute mangelt es noch an validen Daten zum physiologischen Alterungsprozess der Ventrikel. Das Volumen der Seitenventrikel soll mit einem neuen Ansatz einer semiautomatischen Volumetrie anhand von MRT-Daten der SHIP-Studie an einer großen Studienpopulation bestimmt werden. Anhand der erhobenen Daten sollen altersspezifische Normwerte generiert, sowie epidemiologische Einflussfaktoren untersucht werden. Die Gültigkeit bereits etablierter Indices (Evans Index, Frontal and Occipital Horn Ratio) zur Beurteilung der Weite des Ventrikelsystems soll überprüft und für die FOHR ein Schwellenwert definiert werden. Methodik: Es wurden 2988 gesunde Probanden aus dem Kollektiv der SHIP-Studie mittels kranialer MRT-Aufnahmen untersucht. Mit Hilfe der semiautomatischen Volumetrie mittels FSL FAST und ALVIN-Maske wurden die Volumina der Seitenventrikel, der grauen und weißen Hirnsubstanz, das gesamte Liquorvolumen, sowie komplettes Hirn- und Schädelvolumen bestimmt und mit Alter, Geschlecht, Größe, Gewicht und BMI korreliert. Des Weiteren wurden bei den Probanden EI und FOHR bestimmt und mittels einer ROC-Analyse die Schwellenwerte für ein erhöhtes Ventrikelvolumen (VV) beurteilt. Ergebnisse: Das durchschnittliche VV betrug für alle Probanden 22,8 ± 11,0 ml. Frauen hatten dabei ein signifikant geringeres VV als Männer (im Mittel 20,0 ± 9,5 vs. 26,0 ± 11,7 ml; p<0,001), zeigten jedoch eine stärkere relative Zunahme des VV mit zunehmendem Alter (153,7% vs. 134,9%). Das VV und das gesamte Liquorvolumen nahmen kontinuierlich mit zunehmendem Alter zu, während sich die Volumina der grauen und weißen Hirnsubstanz konstant verringerten. EI und FOHR erreichten als Testparameter eine hohe Spezifität (97,2% vs. 96,9%). Die Sensitivität war bei beiden Indices mäßig und bei der FOHR höher als beim EI (70,1% vs. 55,4%). Schlussfolgerungen: Der vorgestellte neue Ansatz der semiautomatischen Volumetrie von Hirngewebe als Kombination von FSL FAST und der ALVIN-Maske ist in der Lage ein großes Probandenkollektiv zeitlich effektiv, mit überschaubarem Aufwand und validen Ergebnissen auszuwerten. Anhand der SHIP-Daten konnten erstmals valide Normwerte für das Volumen der Seitenventrikel in einer gesunden Normalbevölkerung für alle Altersklassen erhoben werden. Es zeigte sich eine signifikante Korrelation des VV mit dem Alter, die bei Männern stärker ausgeprägt war als bei Frauen. Die weiteren Parameter Größe, Gewicht und BMI stellten keine relevanten Einflussfaktoren für das VV dar. Die Indikatoren EI und FOHR sind beide auf Grund ihrer hohen Spezifität gute Screening-Parameter im klinischen Alltag und gut geeignet, um eine Ventrikulomegalie auszuschließen. Die FOHR ist dabei ein besserer Parameter als der EI, wobei als Indikator für ein dilatiertes Ventrikelsystem ein Schwellenwert von FOHR>0,4 genutzt werden sollte.
Das diplomatische Protokoll ist ein integraler Bestandteil der zwischenstaatlichen Beziehungen. Darüber hinaus regelt das Protokoll innerstaatliche zeremonielle Strukturen bzw. die offiziellen Formen der staatlichen Repräsentation. Neben der Pflege der internationalen Beziehungen zwischen Staaten gibt es eine Vielzahl von Bereichen, in denen offizielle Beziehungen zwischen staatlichen und nicht-staatlichen Akteuren bestehen. Beispielsweise nehmen internationale Unternehmen im Rahmen von Global Governance eine zunehmend bedeutende Rolle ein. Hierbei stellt sich die Frage, ob bzw. inwieweit sich Wirtschaftsunternehmen an die Einhaltung protokollarischer Gepflogenheiten gebunden fühlen. Die vorliegende Dissertation widmet sich der institutionellen Komposition von Ordnungen, die sich in der Politik sowie darüber hinaus in anderen Bereichen der Gesellschaft widerspiegeln. Sie untersucht die Anwendung von protokollarischen Gepflogenheiten in Unternehmen. Thematisch bewegt sich die Forschungsarbeit im disziplinenübergreifenden Dreieck aus internationaler Diplomatie, politischer Theorie und Unternehmenskommunikation bzw. -repräsentation. Die zentrale Frage lautet: Gibt es ein mit dem Staatsprotokoll vergleichbares Unternehmensprotokoll, welches entsprechend dem Staatsprotokoll funktioniert? Im Kern der empirischen Studie geht es darum aufzuzeigen, inwieweit das Protokoll in global agierenden Wirtschaftsunternehmen mit dem internationalen diplomatischen Protokoll vergleichbar ist. Die empirische Grundlage bilden zu Teilen Organisations- und Geschäftsverteilungspläne sowie 72 leitfadengestützte Experteninterviews, geführt im Zeitraum von 2008 bis 2012. Das Ergebnis belegt empirisch, dass es sich beim Protokoll um eine politische Institution handelt. Des Weiteren wird eruiert, wie sich das Protokoll aus der Sicht der interviewten Protokollexperten im staatlichen und öffentlichen Bereich darstellt. Vor diesem Hintergrund werden die hierbei gewonnenen Befunde mit denen aus den Interviews mit den Protokollexperten aus der Industrie abgeglichen. Abschließend kommt diese Forschungsarbeit zu dem Fazit, dass das Unternehmensprotokoll in großen Teilen mit dem diplomatischen Protokoll vergleichbar ist.
Einhergehend mit dem Zuwachs an bildgebenden Befunden, die auf Dysfunktionen in komplexen kortikalen Netzwerken bei Personen mit ADHS hinweisen, gewannen auch störungsspezifische Modelle der ADHS zunehmend an Komplexität. Während frühe Modelle spezifische Kerndefizite, insbesondere ein kognitives und motorisches Inhibitionsdefizit, als ursächlich annahmen (Barkley, 1997; Quay, 1997), sehen aktuelle Theorien die ADHS nicht singulär determiniert, sondern durch mehrere Faktoren bedingt. Neben exekutiven Dysfunktionen betonen sie auch die Bedeutsamkeit von motivationalen Prozessen am Zustandekommen des klinischen Phänotyps (Nigg & Casey, 2005; Sagvolden, Johansen, Aaase, & Russell, 2005; Sergeant, 2000; Sonuga-Barke, 2002). Eines dieser Modelle, die Verzögerungsaversions-Hypothese, die im Laufe der Jahre zu einem umfassenden theoretischen Erklärungsmodell der ADHS weiterentwickelt wurde (Dual Pathway Model; Sonuga-Barke, 2002; 2005), geht davon aus, dass Kinder mit ADHS gegenüber nicht von ADHS betroffenen Kindern über einen stärker ausgeprägten motivationalen Stil verfügen, Verzögerungen in Handlungsabläufen bewusst zu vermeiden und möglichst unmittelbare Handlungskonsequenzen zu bevorzugen, um aversive Zustände des Wartens zu vermeiden. Ein erhöhtes Ausmaß an Verzögerungsaversion wurde seit der Formulierung dieser Hypothese bei Kindern mit ADHS in einer Vielzahl von Studien nachgewiesen. An die Verzögerungsaversions-Hypothese anknüpfend beschäftigt sich die vorliegende Arbeit sich mit den Fragestellungen, ob Verzögerungsaversion lediglich ein Phänomen des Kindes- und Jugendalters darstellt, oder ob es sich auch bei Erwachsenen mit ADHS manifestiert (Marx et al., 2010), wie spezifisch Verzögerungsaversion für das Störungsbild der ADHS gegenüber anderen psychischen Störungsbildern ist (Vloet et al., 2010; Wilhelm et al., 2011) und inwiefern externe Anreize im Sinne moderierender Faktoren geeignet sind, das auf der Verhaltensebene gezeigte Ausmaß an Verzögerungsaversion positiv zu beeinflussen, d. h. es zu mildern oder möglicherweise sogar zu nivellieren (Marx et al., 2011; 2013). Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen, dass Verzögerungsaversion ein zeitlich überdauerndes motivationales Defizit darstellt, welches nicht allein bei Kindern, sondern altersinvariant auch bei Erwachsenen mit ADHS auftritt (Marx et al., 2010; 2013). Dieses Defizit kann jedoch durch motivationale Anreize positiv beeinflusst werden. So können antizipierte finanzielle Belohnungen und subjektiv hoch bedeutsame, nicht finanzielle positive und negative Verhaltenskonsequenzen das gegenüber Kontrollpersonen erhöhte Ausmaß an Verzögerungsaversion mindern und sogar ausgleichen (Marx et al., 2011; 2013). Hinsichtlich der Spezifität von Verzögerungsaversion für das Störungsbild der ADHS konnte eine Abgrenzung gegenüber der Zwangsstörung gezeigt werden (Vloet et al., 2010), eine ätiopathologische Differenzierung von Essstörungen gelang hingegen nicht (Wilhelm et al., 2011). Die Befunde der vorliegenden Arbeit weisen wichtige Implikationen für die theoretische Modellbildung auf, indem sie den Geltungsbereich des Dual Pathway-Modells der ADHS (Sonuga-Barke, 2002) auf das Erwachsenenalter ausweiten und eine Verbindung zwischen dem exekutiven und dem motivationalen Pfad des Modells schaffen, die durch Moderatoreffekte generiert wird: In Abhängigkeit von der subjektiven Valenz antizipierter Verstärker scheint eine verstärkte exekutive Kontrolle motivationaler Funktionen stattzufinden, die Personen mit ADHS dazu bewegt, trotz verzögerungsreicher Kontexte möglichst optimale Leistungsergebnisse zu erzielen. Ferner lässt sich aus der vorliegenden Arbeit ein therapeutischer Nutzen ableiten: Während die Verzögerungsaversions-Hypothese davon ausgeht, dass das auf der Verhaltensebene mit Verzögerungsaversion assoziierte dysfunktionale Verhalten von Kindern mit ADHS in verzögerungsreichen Kontexten durch die häufige und unmittelbare Belohnung funktionalen Verhaltens positiv beeinflusst werden kann (Sagvolden et al., 2005), lassen die aktuellen Ergebnisse (Marx et al., 2011) vermuten, dass eine unmittelbare Verstärkung erwünschten Verhaltens nicht zwangsläufig immer notwendig ist, sondern dass auch längere Zeitintervalle überbrückt werden können, wenn die antizipierte Belohnung eine hohe subjektive Relevanz aufweist.
In der Arbeit wird die Ganztagsschule als neue Schulkultur analysiert und bestehende Ansätze schulischer Gesundheitsförderung diskutiert. Mit Hilfe einer Zeitbudgeterhebung sowie einer Schülerbefragung zur gesundheitsbezogenen Lebensqualität und zu Schulmerkmalen an Ganztags- und Halbtagsschulen in Mecklenburg-Vorpommern wird empirisch untersucht, welche Bedeutung die Ganztagsschule für die Gesundheit und für den Alltag der Schüler hat. Die erhobenen Daten der Ganztags- und Halbtagsschüler werden gegenübergestellt und mittels statistischer Testverfahren auf Unterschiede hin untersucht. Der Einfluss der Ganztagsschule auf die Gesundheit der Schüler wird mittels Korrelations- und Regressionsanalysen überprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass 1. die Ganztagsschüler ihre gesundheitsbezogene Lebensqualität positiver einschätzen und mit ihrem Zeitbudget zufriedener sind als die Halbtagsschüler; 2. sich Ganztags- und Halbtagsschüler im Zeitbudget einzelner Tätigkeitsbereiche unterscheiden, insbesondere in der institutionalisierten Freizeit; 3. die Ganztagsschüler einzelne Schulmerkmale positiver einschätzen als die Halbtagsschüler, was auf eine veränderte Schulkultur in der Ganztagsschule schließen lässt; 4. schulische Merkmale existieren, die in einem signifikanten Zusammenhang zur gesundheitsbezogene Lebensqualität der Schüler stehen.
Glutaredoxine (Grxs) gehören zur Enzymgruppe der Oxidoreduktasen und sind Teil der Thioredoxin-Familie. Grxs katalysieren die reversible (De-)Glutathionylierung von Proteinen und die Reduktion von Protein-Disulfiden. Diese Aktivitäten sind entscheidend für diverse redoxvermittelte Signaltransduktionsprozesse in den verschiedenen Kompartimenten der Zelle. Zudem werden sie im Zusammenhang mit der neuronalen Entwicklung, neurodegenerativen Erkrankungen und der Krebsentstehung und -progression gesehen. Säugetiergenome kodieren vier Grxs (Grx1, Grx2, Grx3 und Grx5) mit zytosolischer, nukleärer oder mitochondrieller Lokalisation. Von humanem Grx2 wurden bisher drei Isoformen charakterisiert. Das mitochondrielle Grx2a wird ubiquitär exprimiert, während die nukleären und zytosolischen Isoformen Grx2b und Grx2c ein Vorkommen in Testes und Krebszellen aufweisen. Grx2c ist an der Aussprossung von Axonen beteiligt und daher entscheidend für die Hirnentwicklung. Die Überexpression von Grx2c in HeLa-Zellen führt zu einem elongierten Phänotyp mit filopodienartigen Ausläufern, der in vorangegangenen Studien gut beschrieben wurde. Als potentielles Ziel der Grx2c-Wirkung wurde das Collapsin response mediator protein 2 (CRMP2) identifiziert. In der Tat konnte ein Thiol-Disulfid-Schalter in CRMP2 ermittelt werden. Grx2c wurde als spezifische Reduktase identifiziert, während MICALs (molecule(s) interacting with CasL) als potentielle Oxidasen dieses Schalters vermutet werden. Basierend auf diesen vorangegangenen Ergebnissen erarbeiteten wir die Hypothese, dass der Thiol-Disulfid-Schalter in CRMP2 die Interaktion des Proteins mit Regulatoren der Aktinpolymerisation und -verzweigung (das heißt Sra1/Cyfip1 und wave regulatory complex) kontrolliert und dadurch die Dynamik des Zytoskeletts beeinflusst. Hauptsächliches Ziel der Arbeit war die Überprüfung dieser Hypothese. Besonders die Protein-Protein-Interaktionen und deren Abhängigkeit vom CRMP2-Redoxstatus sollten untersucht werden. Unter Verwendung von HeLa-Zellen und Grx2c-exprimierenden HeLa-Zellen (HeLa-Grx2c-Zellen) konnte mittels Immunopräzipitation und unter Verwendung quervernetzender Substanzen keine direkte Interaktion zwischen Sra1/Cyfip1 und CRMP2 festgestellt werden. Es zeigte sich jedoch eine Co-Immunopräzipitation von Sra1/Cyfip1 und MICAL2, was für eine direkte Interaktion der beiden Proteine spricht. Des Weiteren fanden sich bei Betrachtung von Bandenmustern nach in vivo Quervernetzung Anhaltspunkte für eine indirekte Interaktion von CRMP2 und MICAL2. Die Auswertung von Western Blots ergab teils deutliche kompensatorische Änderungen im Expressionsmuster der untersuchten Proteine bei Überexpression von Grx2c in HeLa-Zellen. So kam es zur Erhöhung der Sra1- und Beta-Aktin-Menge, während sich die MICAL2-Menge in der Zelle verringerte. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse wurde ein neues Modell erstellt, welches auf einer indirekten Interaktion von CRMP2, MICAL2 und Sra1/Cyfip1 via Plexin A (Teil des Semaphorin3A-Rezeptors) beruht. In diesem Modell wirken MICAL2 über Oxidation und Grx2c über Reduktion von CRMP2, was zu konformationellen Änderungen des CRMP2s führt. Die oxidierte, geschlossene Konformation inhibiert Sra1 über Bindung an MICAL2, während die reduzierte, offenere Konformation zu einer Freigabe und Aktivierung von Sra1 führt und letztendlich in der Aktinpolymerisation und -verzweigung mündet. Dieser Mechanismus hat eine entscheidende Bedeutung in der Pathogenese verschiedenster Krebserkrankungen und neurodegenerativer Erkrankungen. Die weitere Beleuchtung der Rolle des Redoxschalters in CRMP2 und die genaue Kenntnis dessen Involvierung in spezifische Signalwege wie der Sema3A-Signalkaskade, basierend auf dem neu erstellten Modell, könnten zukünftig bei der Verwirklichung gezielter pharmakologischer Therapien gegen Krebserkrankungen und neurodegenerative Erkrankungen eingesetzt werden.
Obwohl es einen hohen Bedarf an der quantitativen Evaluation von Daten aus der Diffusionstensor-Bildgebung (DTI) in der klinischen Forschung gibt, ist die methodische Anwendung Gegenstand beständiger Diskussion. Neben der fraktionalen Anisotropie (FA) findet der quantitative Vergleich zwischen den Hemisphären des menschlichen Gehirnes mit Hilfe der durch die Diffusionstensor-Traktographie (DTT) rekonstruierten Fasertrakte häufige Verwendung. Jedoch werden die für die Traktographie benötigten Parameter FA, die minimale Fasertraktlänge (LÄNGE) und der Winkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Traktographieschritten (WINKEL) inkonsistent verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden 18 Kombinationen dieser Parameterschwellenwerte dahingehend getestet, inwiefern die jeweiligen Schwellenwerte das Traktographieergebnis beeinflussen. Hierzu wurde die Zahl der rekonstruierten Fasertrakte im hinteren Knie der Capsula Interna in beiden Hemisphären für die entsprechende Kombination ermittelt, um möglicherweise empfehlenswerte Schwellenwerte zu finden. In 14 Patienten im chronischen Zustand nach Schlaganfall mit unilateralen Läsionen im Pyramidaltrakt auf Höhe der Capsula Interna und wesentlichen motorischen Defiziten zeigte eine repeated-measures ANOVA eine signifikante Interaktion zwischen den Effekten von FA und WINKEL im Bezug auf den Lateralisationsindex LI der rekonstruierten Fasertrakte, F (2,9; 37,67) = 3,01, p = 0,044. Post-hoc t-Statistiken zeigten, dass diese Interaktion nahezu ausschließlich durch die FA angetrieben wurde und dass mit ansteigendem FA-Schwellenwert die Signifikanzen der enthaltenen Haupteffekte anstiegen. In 22 rechts-händigen, gesunden Probanden konnte keine signifikanten Interaktionen oder Haupteffekte gefunden werden. Die Kombinationen aus den Parameterschwellenwerten mit dem höchsten FA-Wert zeigten die höchste statistische Signifikanz. WINKEL und LÄNGE beeinflussten das Ergebnis nur bei einer sehr liberalen Einstellung, mit ausgesprochen kurzer Länge und großem Winkel. Zusammenfassend sollte die Diffusionstensor-Traktographie mit entsprechender Umsicht eingesetzt werden, da die Ergebnisse sehr stark von den eingestellten Parametern abhängig sind.
Bei der juvenilen idiopathischen Arthritis (JIA) handelt es sich um eine multifaktorielle, polygene Autoimmunerkrankung, in deren Pathogenese T-Zellen eine wichtige Rolle spielen. Das cytotoxische T-Lymphozyten-Antigen-4 (CTLA-4) als Oberflächenmolekül auf aktivierten T-Zellen hat negativ-regulatorische Wirkung und supprimiert eine überschießende Immunantwort. Assoziationen verschiedener Single Nucleotid Polymorphisms (SNPs) im Gen des CTLA-4 zu unterschiedlichen Autoimmunerkrankungen sind vorbeschrieben. Ziel dieser Arbeit war es den Einfluss zweier ausgewählter Polymorphismen des CTLA-4 Gens (-318 Promotor C/T und +49 Exon 1 A/G) auf die Ausprägung der JIA und ihrer Unterformen zu untersuchen. 844 DNA-Proben von JIA-Patienten, sowie insgesamt 662 Kontrollen wurden genotypisiert. Die Kontrollgruppe setzte sich aus 500 lokalen Individuen der Region Vorpommern und 162 Personen aus ganz Deutschland zusammen. Die Genotypisierung erfolgte mittels Allelspezifischer Duplex-PCR und anschließender Gelelektrophorese. Beim Vergleich der JIA-Patienten mit der Kontrollgruppe konnte für die Psoriasisarthritis eine Assoziation für den -318 C/T SNP nachgewiesen werden. Für den +49 A/G SNP war keine Assoziation zu finden. Die Allelverteilung der JIA-Patienten zeigte eine nicht signifikante Häufung des A+49-Allels bei Psoriasisarthritis und Enthesitis-assoziierter Arthritis sowie einen signifikanten Zusammenhang des T-318-Allels bei Psoriasisarthritis. Bei Betrachtung der Allel- und Genotypverteilung der untersuchten SNPs in verschiedenen Regionen, Ländern und Ethnien in Daten der Literatur fiel eine große Variabilität, vor allem des +49-Exonpolymorphismuses auf. Weiterhin konnte ein vorbeschriebenes Linkage Disequilibrium, im Sinne einer genetische Kopplung, für die beiden untersuchten Polymorphismen bestätigt werden. Zur funktionellen und klinischen Bedeutung der von uns gefundenen Assoziation zwischen dem -318 C/T SNP und Psoriarisarthritis sind noch weitere Untersuchungen mit größeren Fallzahlen notwendig. Wichtig ist aufgrund der breiten Variabilität der Genotypverteilung in verschiedenen Ethnien, Ländern und Regionen adäquat passende Patienten- und Kontrollgruppen zu wählen. Aufgrund des Linkage Disequilibriums der beiden untersuchten Genorte empfehlen sich für weitere Studien Haplotypanalysen.
Die Sinusvenenthrombose (SVT) ist eine seltene, aber potentiell lebensbedrohliche Erkrankung, welche aufgrund der variablen und oft sehr unspezifischen klinischen Manifestationen schwierig zu diagnostizieren ist, jedoch einer frühzeitigen und adäquaten Therapie zur Verbesserung des klinischen Outcomes bedarf. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, zu prüfen, ob bereits aus der ersten routinemäßig durchgeführten Diagnostik, dem nativen cCT, mit Hilfe eines zu ermittelnden Schwellenwertes verlässliche Prognosen bezüglich des Vorliegens einer SVT getroffen werden können. Hierzu wurden in einem aus 225 Patienten bestehenden retrospektiven Kollektiv an vorher definierten Standardstellen Dichtewerte im Bereich der Sinus von Patienten mit und ohne nachgewiesener SVT gemessen. Daneben wurden zur Normalisierung der Dichtewerte zusätzlich Verhältnisse zum Hämatokrit und zum Hämoglobinwert gebildet. Anschließend wurden mögliche Schwellenwerte ermittelt, welche dann an einem prospektiven Patientenkollektiv überprüft wurden. Es zeigte sich, dass das Messen im Bereich von definierten Standardstellen keinen Erfolg verspricht, ebenso verhielt es sich mit der zusätzlichen Messung von Dichtewerten im Bereich hyperdenser Sinus. Zudem konnten die in der Literatur beschriebenen Schwellenwerte prospektiv nicht bestätigt werden. Diese Ergebnisse weisen deutlich auf die Notwendigkeit einer weiterführenden Gefäßdiagnostik hin. Hierbei bietet sich insbesondere die CTV aufgrund der schnellen Verfügbarkeit direkt im Anschluss an das routinemäßig zuerst durchgeführte native cCT im Sinne einer „one-stop-examination“ an.
Wachstumshormonmangel wurde viele Jahrzehnte nur bei Kindern therapiert. Diese litten unter anderem an einem reduzierten Längenwachstum. Die Optimierung der Körpergröße stellte demnach ein entscheidendes Therapieziel dar. Nach Einführung des gentechnisch synthetisierten Wachstumshormons 1995 wurde die Substitutionstherapie auch für Patienten zugänglich, die erst im Erwachsenenalters erkrankten. Die charakteristischen klinischen Symptome unterliegen, im Gegensatz zur Erstmanifestation im Kindesalter, einer hohen Varianz und erschweren die Diagnosestellung. Sie leiden zum Beispiel unter Frakturen infolge des gestörten Knochenstoffwechsels, sind oft übergewichtig und haben eine reduzierte Lebenserwartung durch das vermehrte Auftreten von Herzkreislauferkrankungen. Die vielleicht größte Einschränkung im Alltag eines Patienten mit adultem Wachstumshormonmangel ist jedoch die stark reduzierte Lebensqualität. Die zentrale Fragestellung dieser Studie lautet daher: hat das Patientenalter Einfluss auf den Therapieerfolg? In dieser Langzeitbeobachtungsstudie mit 734 Teilnehmern konnten wir belegen, dass junge und ältere GHD-Patienten von einer GH-Substitutionstherapie gleichermaßen hinsichtlich der Verbesserung der reduzierten Lebensqualität profitieren. Dies konnte zuvor lediglich in Metaanalysen oder randomisierten Kontrollstudien mit sehr begrenzter Patientenzahl gezeigt werden. Wir postulieren, dass eine GH-Therapie, besonders für die Verbesserung der krankheitsbedingten Reduktion in der Lebensqualität, keiner Alterslimitation unterliegt und demnach eine Beschränkung auf junge und Patienten mittleren Alters nicht gerechtfertigt ist. Ziel einer medizinischen Therapie sollte nicht nur die Verlängerung eines Lebens, sondern, besonders vor dem Hintergrund der demographischen Entwicklung, auch die Qualität des Alterns sein. Der Langzeiteffekt der GH-Substitution auf kardiometabolische Parameter älterer Patienten bedarf weiterführender randomisierter Therapiestudien und könnte neue Wege der individualisierten medikamentösen Therapie eröffnen.
Palladin, ein Aktin-assoziiertes Protein, beeinflusst die Morphologie, Migration, Adhäsion und Polarität von Zellen maßgeblich. Zudem wurde bereits in klinischen Studien gezeigt, dass ein Zusammenhang zwischen der Expression von Palladin und der Metastasierungsfähigkeit von Tumoren besteht. Das Studium der Funktion von Palladin in vivo ist aufgrund der bereits intrauterinen Letalität eines Palladin-Knockouts in der Maus nicht möglich. Daher wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit der Zebrafisch als Modellorganismus für die Untersuchung der Funktion von Palladin verwendet. Durch Mikroinjektion von sogenannten Morpholinos in die befruchteten Zebrafischeier konnte Palladin herunterreguliert werden. Mittels Western Blot und RT-PCR wurde diese Abnahme von Palladin bestätigt. In Analogie zur Maus führte der Kockdown von Palladin zu einem letalen Phänotyp zum Zeitpunkt 11-18 hpf, das auf schwere Entwicklungsschäden zurück zu führen ist. Um Zebrafischlarven mit einem Palladin Knockdown dennoch histologisch genauer untersuchen zu können, wurde ein sogenannter Mosaikphänotyp erzeugt. Hierbei zeigte sich, dass die Ausbildung geordneter Aktin-Filamente in den Myotomen gestört war. Mit Hilfe der in vivo Mikroskopie konnte ferner an lebenden Palladin-Knockdown Zebrafischlarven zum Zeitpunkt 6 und 8.5 hpf erstmals gezeigt werden, dass der Verlust von Palladin zu einer veränderten Migration von Zellen und zur Instabilität von Zell-Zell bzw. Zell-Matrix Kontakten führt. Durch eine Gene Array Analyse der Palladin-Knockdown Larven (10 hpf) konnte gezeigt werden, dass 1335 von 8200 Proteinen in Abhängigkeit der Palladin-Expression signifikant in ihrer Regulation verändert waren. Dabei sind unter den hoch- bzw. herunterregulierten Proteinen auch solche Proteine vertreten, die einen entscheidenden Einfluss auf das Aktin-Zytoskelett und auf Zell-Matrix- bzw. Zell-Zell-Kontakte haben. Zusammenfassend zeigte sich, dass der Zebrafisch ein ideales Tiermodel ist, um die Rolle von Palladin in vivo zu untersuchen.
Oral drug delivery is the preferred route of administration for the majority of drugs. Solid dosage forms arewell-accepted because of ease of administration, accurate dosing and high degree of patient compliance. The orodispersible technology platform has attracted increasing interest. Fast disintegrating in the mouth before swallowing, orodispersible dosage forms like orodispersible tablets (ODTs) address the need for patient-compliant medicines. ODTs represent a convenient alternative to conventional tablets or capsules. ODTs are an interesting approach when a rapid onset of therapeutic action is important. So far, ODTs have often been considered as an innovative variant of conventional oral solid dosage forms. Still, the development of ODT formulations is typically assisted by compendial in vitro test methods. However, the techniques described in international pharmacopoeias are non-specific for ODTs. After administration, the dispersion of an ODT in the mouth may provide effects which might influence the absorption of the drug. The performance of ODTs is more comparable to solutions/suspensions than to traditional tablets. To better guide the development of a new ODT formulation, this lack needs to be addressed. It is the aim of this work to design more specific in vitro test methods helping to improve understanding ODT formulations. To reflect the physiological conditions experienced by an ODT after administration, particular attention was given to the mouth where the ODT disperses and releases the drug before swallowing. In vitro biorelevant test setups simulating in vivo conditions were designed. An electronic tongue system was used to assess taste properties of ODTs. These test methods were applied in different stages of the ODT formulation development. Diclofenac being a poorly soluble and weakly acidic NSAID which is a standard medication for acute painful inflammatory conditions was used as a drug model. Three forms, i.e. the free acid and its sodium/potassium salt, were investigated for the formulation of palatable and fast acting ODTs. In Chapter 1, the development of biorelevant test setup reflecting the physiological conditions experienced by ODTs is described in detail. The newly-designed in vitro models successfully discriminated the different diclofenac forms in successive in vitro compartments simulating the mouth, the stomach and the small intestine. It was possible to identify peculiar dissolution profiles with diclofenac salts. Characterizing in-depth the diclofenac free acid and salt particles provided a better understanding of the peculiar dissolution profiles. Critical behaviors of diclofenac salts on their way from the mouth to the stomach and passing different pH conditions were extensively evaluated. Reasons for pH-dependent API precipitation and particle agglomeration were studied in detail. In pre-formulation studies, the proposed biorelevant test setups succeeded in helping to early identify critical pharmaceutical properties for diclofenac salts and to select diclofenac free acid as the most appropriate drug form providing the most stable in vitro performance. In Chapter 2, the electronic tongue method as an in vitro taste assessment tool for ODTs is proposed. Using the TS-5000Z taste sensing system (Insent Inc., Japan), the method was able to differentiate between the taste/aftertaste qualities and intensities of the three diclofenac candidates. The electronic tongue was also successfully used to differentiate different ODT formulations. The results obtained proved that valuable information can be gained. By this means, the taste perception of the diclofenac drug candidates were classified and rank against each other. For manufacturing taste-masked ODTs, diclofenac free acid, could be selected easily. The electronic tongue found out to be a precious tool in assisting the development of a new ODT product and finding the most appropriate multi-component formulation. Both proposed methods successfully showed their discriminative ability and also their utility in pre-formulation studies of ODTs. In the previous chapters, it was indeed possible to early select diclofenac free acid as the most suitable drug candidate for the targeted product profile. In Chapter 3, said methods were further used to guide the development of the taste masked diclofenac ODT formulation. This study highlights the importance of considering in vitro the physiological aspects which may have an impact on the in vivo performance of ODT dosage forms. The contact of ODTs with the mouth should be simulated in vitro for a better understanding of the in vivo behavior. With feasible biorelevant in vitro dissolution methods, an optimized correlation of in vitro and in vivo results may be achieved. The proposed in vitro test methods may provide data of predictive value and may support the rational development of ODT formulations.
Within this thesis the protein engineering, immobilization and application of enzymes in organic synthesis were studied in order to enhance the productivity of diverse biotransformations. Article I is a review about Baeyer-Villiger monooxygenases (BVMO) and provides a detailed overview of the most recent advantages in the application of that enzyme class in biocatalysis. Protein engineering of a former uncharacterized polyol-dehydrogenase (PDH) identified in the mesothermophilic bacterium Deinococcus geothermalis 11300 is described in Article II. Article III covers the combination of one PDH mutant with a BVMO in a closed-loop cascade reaction, thus enabling direct oxidation of cyclohexanol to ε-caprolactone with an internal cofactor recycling of NADP(H). Article IV and Article V report a process optimization for transamination reactions due to a newly developed immobilization protocol for five (S)- and (R)-selective aminotransferases (ATA) on chitosan support. Furthermore, the immobilized ATAs were applied in asymmetric amine synthesis. In Article VI, an ATA immobilized on chitosan, an encapsulated BVMO whole cell catalyst and a commercially available immobilized lipase were applied in a traditional fixed-bed (FBR) or stirred-tank reactor (STR), and were compared to a novel reactor design (SpinChem, SCR) for heterogeneous biocatalysis.
Hintergrund: In den letzten Jahren wurde ein Zusammenhang zwischen Vitamin D Mangel, erhöhten Inflammationsmarkern und Herz- Kreislauf-Erkrankungen beobachtet. Da es nur wenige Daten zur Assoziation zwischen Vitamin D Mangel und chronischer Inflammation aus der Allgemeinbevölkerung gibt, haben wir den Zusammenhang zwischen der 25-hydroxy Vitamin D [25(OH)D] Serumkonzentration und den drei Inflammationsmarkern, hoch-sensitives C-reaktives Protein (hs-CRP), Fibrinogen und der Leukozytenzahl untersucht. Methoden: Die Studienpopulation umfasst 2725 Männer und Frauen im Alter von 25-88 Jahren aus dem ersten Follow-up der populationsbasierten Study of Health in Pomerania (SHIP-1). Die Assoziationen zwischen der 25(OH)D Konzentration und den Inflammationsmarkern wurden mit Varianzanalysen (ANOVA), linearen und logistischen Regressionsmodellen untersucht. Alle Modelle wurden für Geschlecht, Alter, Taillenumfang, Diabetes Mellitus, Dyslipidämie und Einnahme von antiinflammatorischer Medikation adjustiert. Es zeigte sich eine Interaktion zwischen der 25(OH)D Konzentration und dem Rauchstatus im linearen Regressionsmodell für die Leukozytenzahl (p=0.07). Daher wurden alle Analysen zur Leukozytenzahl getrennt für Raucher und Nichtraucher gerechnet. Ergebnisse: Es zeigte sich ein u-förmiger Zusammenhang zwischen der 25(OH)D und der hs-CRP Konzentration. Der hs-CRP Spiegel sank bis zu einer 25(OH)D Konzentration von 21 ng/ml. Ab einer 25(OH)D Konzentration von etwa 25 ng/ml kam es zu einem leichten Wiederanstieg des hs-CRP. Es zeigte sich ein signifikanter inverser Zusammenhang zwischen 25(OH)D und Fibrinogen. Raucher hatten im Mittel eine höhere Leukozytenzahl als Nichtraucher. Für Raucher zeigte sich ein inverser Zusammenhang zwischen der 25(OH)D Konzentration und der Leukozytenzahl. Für Nichtraucher zeigte sich kein Zusammenhang. Schlussfolgerung: Unsere Studie bestätigt eine potentielle Rolle des Vitamin D Status bei chronischer Inflammation. Ein positiver Effekt eines 25(OH)D Anstiegs kann bei Vitamin D Defizienz vermutet werden.
Die Bedeutung der endothelialen Mechanotransduktion für vaskuläre Implantate: Das Apelin/APJ-System.
(2014)
Bei der Behandlung atherosklerotischer Gefäße mit vaskulären Implantaten spielt nicht nur die endotheliale Dysfunktion eine wichtige Rolle. Auch die Fähigkeit des Implantatmaterials, sich an die Gefäßwand anzupassen und dessen Biokompatibilität, sind von großer Bedeutung. Die Entwicklung von wirkstofffreisetzenden Stents (DES) konnte die Risiken nach Stentimplantation signifikant reduzieren. Jedoch gibt es Hinweise darauf, dass diese polymerbeschichteten DES Ursache für die Entstehung von Stent Thrombosen (ST) sein können - eine potentiell tödliche Komplikation. Die mechanischen Eigenschaften eines Materials, das in ein Gefäß eingebracht wird, können einen großen Einfluss auf die umliegenden Zellen haben. Die Bedeutung einer solchen Veränderung in der Umgebung einer Zelle und der Einfluss auf deren mechanische Eigenschaften und biologische Funktionen wird immer häufiger als Ursache für die Entstehung von In-Stent-Restenose (ISR) und ST diskutiert. Das Endothel dient als einzigartige Barriere zwischen dem fließenden Blut und der Gefäßwand, wodurch es permanent mechanischen Reizen ausgesetzt ist. Mechanosensitive Strukturen auf der Zelloberfläche übersetzen diese Stimuli in biochemische Signale. Die anschließende Translation in downstream Effekte moduliert die Zellfunktion. Zu dem mechanosensorischen Komplex um PECAM-1 gehören auch G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs), welche an der flussabhängigen Regulation der NO-Freisetzung beteiligt sind. Im kardiovaskulären System werden der GPCR APJ und sein spezifischer Ligand Apelin vor allem von Endothelzellen und endokardialen Zellen exprimiert. Die Apelin-Isoformen Apelin-12 und Apelin-13 wurden in diesem Zusammenhang bisher als bioaktiv beschrieben. Obwohl das apelinerge System in vielen vaskulären Endothelzellen exprimiert wird, wurde es bisher nicht als Überträger mechanischer Reize in Betracht gezogen. In diesem Kontext ist das Ziel der vorliegenden Arbeit, zunächst die physiologische Rolle des Apelin/APJ-Systems als Mechanotransducer in humanen Endothelzellen in einem in vitro Zellperfusionsystem zu charakterisieren. Weiterhin soll der Einfluss von Stentpolymeren auf die Zellfunktion und die endotheliale Mechanotransduktion untersucht werden.
Die Cranio-Mandibuläre-Dysfunktion (CMD) wird als multifaktorielles Geschehen betrachtet, wobei Abweichung in der Okklusion nicht mehr als alleinige Ursache dieses Krankheitsbildes gesehen werden, sondern es kommen auch soziopsychologische Faktoren im Entstehen und während der Behandlung in Frage. Die Auswirkung von psychologischem Stress über einen erhöhten Muskultonus und einer Hyperaktivität im stomatognathen System sind bekannt, werden aber bis dato bei der Diagnose und Vorbeugung häufig im Praxisalltag nicht umfassend berücksichtigt, da es an praxisgerechten Erfassungsinstrumenten mangelt. Ziel dieser Pilotstudie war die Erprobung eines Screeningfragebogens zur Erfassung von chronischem Stress in der Zahnarztpraxis und die Ermittlung von Anhaltspunkten, die einen Zusammenhang zu dem Krankheitsbild CMD nahelegen können. Zudem sollte bestimmt werden, in wieweit CMD mit anderen körperlichen Symptome wie Kopf-Nacken-Schulter-Beschwerden und Rückenschmerzen sowie Tinnitus in Verbindung gebracht werden kann. Die Daten wurden in drei Zahnarztpraxen an randomisiert zugeteilten Patienten ermittelt, die sich zur Erst- oder Kontrolluntersuchung in den Praxen eingefunden hatten, jedoch nicht im Sinne einer CMD-Therapie vorbehandelt waren. Die Erhebungsinstrumente bestanden aus einem Selbstbeurteilungsbogen zu chronischem Stress und körperlichen Symptomen im Kopf- Nacken- Schulter- und Rückenbereich, sowie einem klinischen Erhebungsbogen zur CMD, der von dem Behandler ausgefüllt wurde. Die Daten von 64 der untersuchten Patienten konnten ausgewertet werden. Es ergaben sich korrelierende Zusammenhänge in screeningartiger statistischer Auswertung zwischen erlebtem chronischen Stress, CMD und Kopf-Nacken-Schulter- und Rückenschmerzen sowie Tinnitus. Diese Ergebnisse decken sich mit denen in der Literatur, erfordern jedoch weitere Untersuchungen, um die gefundenen Zusammenhänge zu sichern und zu spezifizieren.
In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der präoperativen Diagnostik mit den intraoperativen Befunden verglichen. Hierbei zeigt sich, dass das anteriore Impingement des oberen Sprunggelenks selten präoperativ diagnostiziert wird. Hierfür wurde das Delta-Zeichen entwickelt, welches hoch praktikabel ist und eine hohe Spezifität und Sensitivität aufweist.
Ziel dieser Arbeit war es, mögliche zerebrale Effekte einer Okklusionsschienentherapie bei der Behandlung von CMD-Patienten näher zu belichten. Wir untersuchten hierzu CMD-Patienten mit Hilfe der fMRT-Bildgebung während Kieferöffnungs- und Schließbewegungen. Aus unserer orientierenden Einzelfallstudie gab es erste Hinweise darauf, dass durch die Okklusionsschiene eine Art motorischer Lernprozess ausgelöst wird, durch den die Funktion des Kausystems optimiert wird und so wieder physiologische Bewegungen ermöglicht werden. Außerdem war eine Aktivitätsabnahme in der Insula im Therapieverlauf zu verzeichnen, die vermutlich schmerzassoziiert war. In der weiterführenden Gruppenstudie, die einen Therapiezeitraum von etwa zwei Wochen umfasste, wurden die fMRT-Messungen weiter verfeinert und um kinematographische Untersuchungen der kondylären Bewegungsbahnen sowie elektromyographische Messungen des M. masseter ergänzt. In einem Schmerztagebuch evaluierten die Patienten täglich ihre Schmerzstärke. Diese nahm im Verlauf signifikant ab und korrelierte u.a. mit einer veränderten Aktivität der rechten anterioren und linken posterioren Insula. Gerade die Assoziation mit der rechten anterioren Insula weist auf eine starke affektive Komponente des Schmerzes hin, wie sie z.B. bei chronischen Schmerzpatienten gefunden wird. Auch zeigte sich eine allgemein erhöhte Aktivität der rechten anterioren Insula zu Beginn der Therapie, welche möglicherweise mit einer Art Schmerzantizipation in Zusammenhang stand. Erneut fanden wir Hinweise auf eine durch die Aufbissschienentherapie induzierte verbesserte Koordination des Kausystems. Hierbei ging eine Symmetriezunahme der kondylären Bewegungsbahnen einher mit einer Abnahme im rechten präcentralen Gyrus und der linken cerebellären Hemisphäre. Beide Areale sind bekanntermaßen an frühen motorischen Lernvorgängen beteiligt. Unsere EMG-Daten deuten ebenfalls auf eine Verbesserung der Beißfunktion durch die Schienentherapie hin, da die Ruhe-EMG-Aktivität im Verlauf relaxierte bei gleichzeitiger Zunahme der EMG-Aktivität bei maximalem Aufbiss in die Interkuspidation. So lässt sich aus dieser Arbeit schlussfolgern, dass die Okklusionsschienentherapie nicht nur eine erfolgreiche Schmerzreduktion ermöglicht, sondern auch die motorische Funktion des Kausystems verbessert. Zukünftige Studien sollten diese Aspekte weiter erforschen.
Die Heparin-induzierte Thrombozytopenie (HIT) ist eine seltene, aber lebens-bedrohliche unerwünschte Wirkung einer Therapie mit Heparin. Ausgelöst wird sie durch die Bildung von Antikörpern, die gegen Komplexe aus dem positiv geladenem Thrombozytenprotein Plättchenfaktor 4 (PF4) und negativ geladenem Heparin gerichtet sind und Thrombozyten aktivieren können, welches sich klinisch in einer schweren prothrombotischen Diathese bei gleichzeitiger Thrombozytopenie äußert. Bemerkenswert ist, dass im Widerspruch zur klassischen Immunantwort bei der HIT auch von Heparin-naiven Patienten binnen weniger Tage anti-PF4/Heparin-Antikörper der Immunglobulinklasse G gebildet werden, welche eigentlich eine sekundäre Immunantwort repräsentieren. Darüber hinaus ist bekannt, dass PF4 auch mit verschiedenen polyanionischen Nichtheparinen Komplexe bildet, die von anti-PF4/Heparin-Antikörpern erkannt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob Nukleinsäuren, die aufgrund ihres Reichtums an Phosphatgruppen ebenfalls stark negativ geladenen sind, mit PF4 Komplexe bilden, die von anti-PF4/Heparin-Antikörpern erkannt werden. Da eine Bildung antigener Komplexe mit PF4 für therapeutisch eingesetzte Nukleinsäuren von hoher praktischer Relevanz wäre, wurde außerdem die Interaktion von PF4 mit verschiedenen Aptameren untersucht. Dazu wurde die Interaktion zwischen PF4 und Nukleinsäuren in systematischen Bindungsstudien mit verschieden strukturierten Nukleinsäuren charakterisiert. Mittels Circulardichroismus-Spektroskopie wurde der Einfluss eines Modellaptamers auf die Sekundärstruktur von PF4 mit dem Einfluss von Heparin auf die PF4-Struktur verglichen. Die Kreuzreaktivität von anti-PF4/Heparin-Antikörpern gegen PF4/Nukleinsäure- bzw. PF4/Aptamer-Komplexe wurde mittels Immunassay und Thrombozytenfunktionstest untersucht. Schließlich wurde im Mausmodell die in-vivo-Immunogenität eines PF4/Aptamer-Komplexes überprüft. Es konnte gezeigt werden, dass Nukleinsäuren längen- und strukturabhängig mit PF4 interagieren. Die Neigung zur Komplexbildung mit PF4 stieg mit der Länge der Nukleinsäure und dem Anteil doppelsträngiger Abschnitte. PF4/Nukleinsäure-Komplexe wurden von anti-PF4/Heparin-Antikörpern erkannt und konnten in Gegenwart dieser Antikörper eine Thrombozytenaktivierung vermitteln. Mit PF4/Aptamer-Komplexen immunisierte Mäuse produzierten anti-PF4/Aptamer-Antikörper, welche gegen PF4/Heparin-Komplexe kreuzreagierten. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass insbesondere Aptamere mit hohem Anteil an doppelsträngigen Abschnitten mit PF4 Komplexe bilden können, die ein ähnliches Epitop exprimieren wie PF4/Heparin-Komplexe und damit ein potentielles Risiko für die Erzeugung HIT-ähnlicher prothrombotischer Komplikationen bergen. Nukleinsäuren könnten einen endogenden Interaktionspartner von PF4 darstellen und das höhere HIT-Risiko von Patienten nach großen orthopädischen Eingriffen oder schweren Infektionen erklären, welche mit höheren Plasmaspiegeln zellfreier Nukleinsäuren einhergehen. Darüber hinaus könnte die Interaktion von PF4 mit endogenen Nukleinsäuren eine Erklärung für die frühe Produktion von anti-PF4/Heparin-Antikörper der Immunglobulinklasse G liefern.
Die obere gastrointestinale Blutung ist trotz aller Verbesserungen des Blutungsmanagements in den letzten Jahren noch immer mit einer hohen Mortalität verbunden. Dabei stellt vor allem das Auftreten von Rezidivblutungen nach endoskopischer Blutstillung, einen wesentlichen Risikofaktor dar. Die transarterielle Katheterembolisation (TAE) gilt dabei bei unkontrollierbaren Ulkusblutungen bereits als etabliertes therapeutisches Verfahren und verdrängt zunehmend die Blutungschirurgie, welche mit hohen Morbiditäts- und Letalitätsraten verbunden ist. Um das Outcome jedoch weiter zu verbessern, ist zusätzlich zur Verwendung weniger invasiver Verfahren, wie der TAE, die Vermeidung von Rezidivblutungen erforderlich. Ein neues Konzept besteht deshalb in der prophylaktischen TAE der Arteria gastroduodenalis nach entsprechender endoskopischer Blutstillung bei Hochrisikopatienten mit einem blutenden Ulcus duodeni. Ziel dieser Arbeit war es nun zum ersten Mal die Effizienz und Machbarkeit dieses Konzeptes zu analysieren. Sämtliche Patienten, welche im Auswertungszeitraum (2008 – 2012) aufgrund eines blutenden Ulcus duodeni am HELIOS Klinikum Erfurt therapiert wurden, sind in diese retrospektive Arbeit eingeschlossen worden. Dabei wurden Patienten mit einem niedrigen Rezidivblutungsrisiko konservativ behandelt, während Patienten mit einem hohen Rezidivblutungsrisiko eine prophylaktische TAE nach endoskopischer Blutstillung erhielten. Der technische Erfolg der prophylaktischen TAE lag dabei bei 98% und der klinische Erfolg bei 87%. Bei Patienten mit TAE bei unkontrollierbarer Blutung konnte in 100% ein technischer Erfolg und in 93% ein klinischer Erfolg ohne weiteren Blutungshinweis erzielt werden. Majorkomplikationen traten dabei bei der prophylaktischen TAE nur in 4% der Fälle auf. Die mit der Ulkusblutung assoziierte Letalität lag dabei insgesamt bei 4,3%. Ein chirurgisches Vorgehen aufgrund einer Blutung war nur noch in einem einzelnen Fall (0,9%) notwendig. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass das Konzept einer prophylaktischen TAE bei Hochrisikopatienten sicher und effizient durchführbar ist. Durch ein derartiges Vorgehen lassen sich Rezidivblutungen verhindern und das Outcome deutlich verbessern. Die Blutungschirurgie hingegen gerät dabei immer mehr in den Hintergrund und muss nur noch in Ausnahmefällen durchgeführt werden.
Der Speichel des medizinischen Blutegels, H. verbana enthält eine Vielzahl von Proteinen und Peptiden mit deren Hilfe das Tier bei seinen Wirten parasitiert. Die bioaktiven Speichelinhaltsstoffe sind in den einzelligen Speicheldrüsenzellen des Tieres lokalisiert und werden während des Saugaktes über die Ausführgänge einer jeden Zelle in die Bisswunde des Wirtes transferiert. Die Proteine ermöglichen es dem Parasiten das Blut des Wirtes optimal aufzunehmen und es bis zu einem Jahr im Speichermagen zu bevorraten. In den letzten Jahrzehnten wurden einige Speichelproteine identifiziert und rekombinant hergestellt. Aufgrund schmerzstillender, gefäßerweiternder, gerinnungshemmender und vermutlich auch thromobolytischer Eigenschaften sind diese Substanzen in der Humanmedizin und -prophylaxe von potenzieller Bedeutung. Seit Jahrhunderten wird die klassische Blutegeltherapie durch das Ansetzen lebender Egel an die Haut des Menschen von Heilpraktikern und Ärzten erfolgreich durchgeführt. Gleichwohl sind die Funktionen der meisten sekretorischen Speichelproteine weiter ungeklärt und die Mechanismen, die zur Freisetzung der Proteine aus den Vorratsbehältern führen, unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte im Zuge der Quantifizierung der Speichelproteine und -peptide von H. medicinalis und H. verbana festgestellt werden, dass es keine globalen Unterschiede im Expressionsmuster beider Arten gibt. Es ist anzunehmen, dass der ohnehin in den letzten Jahren vermutlich zumeist, wenngleich vom Therapeuten unbewusst, eingesetzte H. verbana ähnliche Speichelproteine wie der tatsächlich medizinisch zugelassene H. medicinalis besitzt. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit mit gelfreien und gelbasierten Methoden erstmals das sekretorische Speichelproteom eines einzelnen Blutegels dargestellt. Dieses wird es zukünftig erlauben, Speichelproteine zu identifizieren und auf deren Funktion zu testen. Mit Hilfe der 3D-Rekonstruktion von Speicheldrüsenzellen konnte ermittelt werden, dass ein adulter Blutegel der Art H. verbana etwa 36.960 Speicheldrüsenzellen mit einem mittleren Volumen von 67.048 ± 38.935 µm³ besitzt. Aus den Daten und dem ermittelten Proteingehalt einer Speicheldrüsenzelle wurde geschlussfolgert, dass ein Blutegel über 1,2 ± 0,7 mg Protein in seinen Speicheldrüsenzellen verfügt. Sollte die gesamte Proteinmenge in den Wirt transferiert werden, könnten individuelle Komponenten des Egelspeichels in einem extrazellulären Verteilungsvolumen von 5 l (Mensch) maximale Konzentrationen zwischen 3 und 236 pmol/l erreichen. Gleichwohl ergaben histologische Studien, die eine Reduktion der Speicheldrüsenzellflächen nach der Nahrungsaufnahme anzeigen und auf eine Entleerung der Speicheldrüsen im Zuge des Saugaktes schließen lassen, dass die Zellflächen in gesogenen Tieren gegenüber den Zellflächen in ungesogen Egel nur um etwa 40 % reduziert sind. Die sich ergebene Frage, ob die Entleerung der Drüsenzellen dementsprechend auch nur anteilig erfolgt, kann derzeit aufgrund nur lückenhafter Erkenntnisse zur inneren Struktur der Speichelsekretionszelle noch nicht beantwortet werden. Mit Verweis auf das einzige pharmakokinetisch umfangreich untersuchte Speichelprotein Hirudin (Ki 2,3 pmol/l) kann jedoch gemutmaßt werden, dass selbst unter der Annahme einer nur 40 %igen Speicheldrüsen-Entleerung die in den Wirt transferierte Menge an individuellen Speichelproteinen eines einzelnen Tieres ausreichend hoch sein könnte, um pharmakologisch wirksame Konzentrationen im Organismus zu erreichen. Interessanterweise gelang es in dieser Arbeit erstmals zu zeigen, dass die Neusynthese der Speichelproteine, obgleich die Tiere von dem Nahrungsblut einer Mahlzeit bis zu einem Jahr leben, bereits innerhalb der ersten beiden Wochen nach der Nahrungsaufnahme stattfindet. Die Mechanismen, die zur Freisetzungen des Materials aus den einzelligen Drüsen führen, sind bislang weitestgehend ungeklärt. Innerhalb dieser Arbeit konnten erste Beiträge geleistet werden, indem elektronenmikroskopisch nachgewiesen wurde, dass die Speicheldrüsenzellen Vesikel enthalten, in denen wahrscheinlich die sekretorischen Speichelinhaltsstoffe vorliegen. Zudem wurde gezeigt, dass Na+/K+-ATPase-Moleküle in nur sehr geringer Abundanz in den Drüsenzellen vorkommen, V-ATPase-Moleküle, die sekundäre Ionentransporte energetisieren (Erhöhung der intrazellulären Osmolyt-Konzentration) und zur Freisetzung des sekretorischen Materials (Platzen der Vesikel) führen könnten, jedoch sehr prominent sind.
Das Krankheitsbild der pulmonalen Hypertonie (PH) wurde in den letzten beiden Jahrzehnten intensiv erforscht. Durch die wachsenden wissenschaftlichen Erkenntnisse, Behandlungsmöglichkeiten und Informationsverteilung gelingt es im klinischen Alltag zunehmend, dass Patienten mit einer unklaren Dyspnoe einer entsprechenden Diagnostik zugeführt werden. Aufgrund der Vielfältigkeit des Krankheitsbildes „Pulmonale Hypertonie“ führt der Verdacht zu einer komplexen Diagnostik. Diese sowie möglicherweise eine Therapie und notwendige Verlaufskontrollen verursachen im klinischen Alltag hohe Kosten. Zudem entstehen durch invasive diagnostische Maßnahmen auch Gefährdungen für den Patienten. Die Notwendigkeit für kostengünstige und risikoarme Untersuchungsoptionen steigt. Die Spiroergometrie nimmt hierbei als kardiopulmonale Belastungsuntersuchung seit vielen Jahren eine zentrale Rolle ein. Sie bietet als nicht-invasive Methode die Möglichkeit zur Objektivierung einer Leistungslimitierung. In dieser Arbeit wurden 340 Patienten untersucht, welche innerhalb von 30 Tagen einer Rechtsherzkatheteruntersuchung in Ruhe sowie einer Spiroergometrie unterzogen wurden. Das Ziel dieser Arbeit war es zu klären, ob man im klinischen Alltag mithilfe der Spiroergometrie Patienten mit präkapillärer PH, postkapillärer PH und ohne PH voneinander unterscheiden kann. Nach Eingruppierung der Patienten anhand der leitliniengerechten hämodynamischen Kriterien wurden diese mittels der Anamnese sowie der demographischen, spiroergometrischen und hämodynamischen Parameter weiter charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass Patienten mit postkapillärer PH älter sowie übergewichtiger sind und zudem an mehr kardiovaskulären Begleiterkrankungen leiden als Patienten mit präkapillärer PH. Patienten mit jedweder PH sind wesentlich schlechter belastbar als Patienten ohne PH. Sie weisen eine schlechtere Sauerstoffaufnahme und eine schlechtere Atemeffizienz auf. Zudem haben Patienten mit präkapillärer PH eine signifikant schlechtere Atemeffizienz als Patienten mit postkapillärer PH und ohne PH. Mittels ROC-Analyse konnten eine VO2AT von 11,8 ml/min/kg und eine VO2peak von 15,9 ml/min/kg als geeignete Cut-Off Werte ermittelt werden, um das Vorliegen einer PH wahrscheinlich zu machen. Es konnten keine klinisch validen Werte ermittelt werden, um Patienten mit prä- und postkapillärer PH mit ausreichender Sicherheit voneinander zu unterscheiden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Korrelation von hämodynamischen Ruheparametern und spiroergometrischen Parametern untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass hämodynamische und spiroergometrische Parameter in unserem Patientenkollektiv nur schlecht miteinander korrelieren. Rückschlüsse auf die zugrundeliegende Hämodynamik können somit allein anhand einer Spiroergometrie nicht gezogen werden. Durch die Anamnese, demographische Daten, laborchemische, bildgebende und lungenfunktionelle Diagnostik können zusätzlich zu einer Spiroergometrie wichtige Hinweise zur Genese einer pulmonalen Vaskulopathie gegeben werden. Die invasive Untersuchung zur sicheren Diagnosestellung bei der primären Abklärung einer PH bleibt unverzichtbar. Die Rechtsherzkatheteruntersuchung wird auch in der Zukunft weiterhin als Goldstandard in der Diagnostik einer PH zu werten sein.
Das Ulna-Impaction-Syndrom beschreibt eine chronische axiale Druckbelastung durch Einklemmung des ulnokarpalen Bandkomplexes. Als Folge kommt es stadienabhängig zur Perforation des Discus artikularis, Läsion des LT- Bandes und Knorpel- und Knochenschäden an Os lunatum und Ulnakopf. In der vorliegenden Studie wurden zwischen 2001 und 2011 nach gleichem Verfahren 92 Ulnaverkürzungen durchgeführt und bezüglich möglicher Komplikationen wie Pseudarthroserate, mechanischer Irritation durch das Material und postoperativer Sensibilitätsstörungen untersucht. Zusätzlich wurde die Reduktion der ulnokarpalen Schmerzen nach NAS bestimmt und die durchschnittliche Verkürzungslänge ermittelt. Bei acht der 92 Patienten konnte weder anhand der vorhandenen Röntgenbilder ermittelt werden, ob eine Konsolidierung erfolgt ist, noch Kontakt zu den Patienten aufgenommen werden. Von den restlichen 84 Patienten entwickelte sich eine Pseudarthrose, die nach Revision mit Beckenkamminterponat problemlos ausheilte. Bei einer Patientin kam es aufgrund einer mechanischen Irritation durch die Platte zur frühzeitigen Metallentfernung. Unter der Mobilisierung und Belastung des Armes bildete sich eine Refraktur, die konservativ unter sekundärer Frakturheilung konsolidierte und eine Nachresektion erforderlich machte. Eine andere Patientin stürzte sieben Monate postoperativ auf den operierten Arm, was zu einem Ausbruch der Platte und einer Revision führte. Bei einer Patientin musste bei ausgeprägter Plusvariante und persistierenden ulnokarpalen Schmerzen eine Nachresektion erfolgen. Bei einer Patientin kam es nach Ulnaverkürzung zu einer Arthrose im DRUG, sodass eine Operation nach Sauvé-Kapandji durchgeführt werden musste. Nach Auswertung der präoperativen und postoperativen Schmerzangabe nach NAS zeigte sich eine signifikante Schmerzreduktion durch die durchgeführten Ulnaverkürzungen. Ein Patient gab Sensibilitätsstörungen im Bereich das Ramus dorsalis N. radialis an. 24% der Patienten beklagten mechanische Irritationen durch das Material. Zusammenfassend zeigen sich in unserer Studie geringe Raten an typischen Komplikationen wie Pseudarthrosen oder Sensibilitätsstörungen bei signifikanter Schmerzreduktion und vergleichbare Raten an mechanischen Irritationen. Anhand unserer Ergebnisse bezüglich Sensibilitätsstörungen und mechanischer Irritation befürworten wir weiterhin den in der Literatur umstrittenen ulnodorsalen Zugang. Die Durchführung der Ulnaverkürzungsosteotomie mit der 7-Loch-LCDC-Platte unter Kompression mit dem Plattenspanner ist eine zuverlässige und kostengünstige Methode und zeigt bezüglich der Konsolidierungsraten keine Nachteile gegenüber speziell entwickelten Systemen zur Ulnaverkürzung.
Zusammenfassung Hintergrund: Es wurde die Wertigkeit der Duktoskopie bei sekretorischen Mammaerkrankungen hinsichtlich des Erkennens intraduktaler Auffälligkeiten im Vergleich zur Standarddiagnostik bestimmt und nach einer effektiven Kombination dieser Verfahren gesucht. Material und Methoden: 97 Frauen wurden vor gezielter Milchgangsexstirpation duktoskopiert. Histologische Ergebnisse wurden mit den Befunden aller diagnostischen Verfahren verglichen. Anschließend wurden Sensitivität, Spezifität und Effizienz für die Einzelverfahren berechnet. Für 12 Patientinnen, bei denen alle diagnostischen Methoden zum Einsatz kamen, wurden diese Parameter ebenfalls für alle möglichen Kombinationen der verschiedenen diagnostischen Methoden berechnet. Ergebnisse: Bei den Einzelverfahren erreichte die Mammasonografie die höchste Sensitivität (64,1%) und Effizienz (64,0%). Die höchste Spezifität wurde für die Mammografie mit 100% berechnet. Die Duktoskopie erreichte eine Sensitivität von 53,2%, eine Spezifität von 60,0% und eine Effizienz von 55,1%. Bei den Patientinnen, bei denen alle Untersuchungen durchgeführt wurden, erzielten mit 80,0% die Zweier-Kombinationen Duktoskopie + Mammasonografie und Duktoskopie + Galaktografie die höchste Sensitivität. Eine Spezifität von 100% wurde bereits mit der Mammografie, dem MRT und der Duktoskopie als Einzelverfahren erreicht. Die höchste Effizienz erreichte mit 75% die Duktoskopie als Einzelverfahren. Schlussfolgerung: Die Duktoskopie nimmt einen hohen Stellenwert in der Diagnostik intraduktaler Läsionen und sekretorischer Mammaerkrankungen ein. Bei den Patientinnen, die mit allen Methoden untersucht wurden, war die Duktoskopie die effizienteste Methode zur Erkennung intraduktaler Läsionen.
The present thesis deals with dynamic structures that form during the expansion of plasma into an environment of much lower plasma density. The electron expansion, driven by their pressure, occurs on a much faster time scale than the ion expansion, owed to their mobility. The high inertia of the ions causes the generation of an ambipolar electric field that decelerates the escaping electrons while accelerating the ions. The ambipolar boundary propagates outwards and forms a plasma density front. For a small density differences, the propagation of the front can be described with the linear ansatz for ion acoustic waves. For a large density differences, experiments have shown that the propagation velocity of such a front is still related to the ion sound velocity. However, the reported proportionality factors are scattered over a wide range of values, depending on the considered initial and boundary conditions. In this thesis, the dynamics during plasma expansion are studied with the use of experiments and a versatile particle-in-cell simulation. The experimental investigations are performed in the linear helicon device Piglet. The experiment features a fast valve, which is used to shape the neutral gas density profile. During the pulsed rf-discharges, plasma is generated in the source region and expands collisionless into the expansion chamber. The computer simulation is tailored very close to the experiment and provides a deeper insight in the particle kinetics. The experimental results show the existence of a propagating ion front. Its velocity is typically supersonic and depends on the density ratio of the two plasmas. The ion front features a strong electric field. The front can have similar properties to a double layer is not necessarily a double layer by definition. The computer simulation reveals that the propagating electric field repels the downstream ambient ions. These ions form a stream with velocities up to twice as high as the front velocity. The observed ion density peak is due to the accumulation of the repelled ions and is located at their turning point. The ion front formation depends strongly on the initial ion density profile and is part of a wave-breaking phenomenon. The observed front is followed by a plateau of little plasma density variation. This could be confirmed for the expansion experiment by a comparison with virtual diagnostics in the computer simulation. The plateau has a plasma density determined by the ratio between the high and low plasma density. It consists of streaming ions that have been accelerated in the edge of the main plasma. The presented results confirm and extend findings obtained by independent numerical models and simulations.
The laser-matter interaction is a topic of current research. In this context, the interaction of intensive laser radiation with atomic clusters is of special interest. Du to the small cluster size, the laser field can penetrate the whole cluster volume, which leads to a high absorption of energy in the cluster. As a result, plasmas with high density and high temperature are produced. In the early phase of the laser-cluster interaction, free electrons are initially created in the cluster due to tunnel ionization or photoionization. Via collisions of these electrons with the cluster atoms, the ionization is increased and thus a dense nanoplasma is produced, which is heated by the laser. If free electrons leave the cluster during the laser-cluster interaction (outer ionization), a positive charge buildup is created. The associated charge repulsion finally can lead to the fragmentation of the cluster due to Coulomb explosion. Experimentally, interesting phenomena emerging from laser-excited clusters are observed, e.g., the creation of fast electrons, the production of highly charged ions, and X-ray emission. In this dissertation, the interaction of Gaussian laser pulses in the infrared regime with argon and xenon clusters is simulated by means of a nanoplasma model. Considering laser intensities in the non-relativistic regime, the relevant processes such as ionization, heating and expansion are theoretically described in this model with a set of coupled rate equations and hydrodynamic equations. One focus of the thesis is on the heating of the nanoplasma via inverse bremsstrahlung (IB), which is due to the absorption of laser photons in electron-ion collisions. In particular, the important question is investigated whether the consideration of the ionic structure – that means, the nuclear charge and the bound electrons – modifies the electron-ion collisions and thus the IB heating rate. Starting from a quantum statistical description, effective electron-ion potentials are used which account for both the screening due to the dense plasma and the inner ionic structure. Within the quantum mechanical first Born approximation, the consideration of the ionic structure leads to a drastic increase of the IB heating rate, in particular for high nuclear charges and low ionic charge states. However, for the parameters relevant in experiments, the applicability of the first Born approximation is questionable. Therefore, quantum mechanical calculations going beyond the first-order perturbation theory are performed. In addition, the IB heating rate is investigated with different classical methods. These are based either on transport cross sections for elastic electron-ion scattering or on classical simulations of inelastic scattering processes. Also within the classical approaches, the consideration of the ionic structure leads to an increase of the heating rate. However, this increase is shown to be only moderate. In a further part, the thesis focuses on the question how the dynamics of the laser-cluster interaction is influenced by the consideration of excited states. This is explored exemplarily for argon clusters excited by single or double laser pulses. The consideration of excitation processes in the nanoplasma leads to a decrease of the electron temperature and to an increase of the density of free electrons. Moreover, it is shown that the consideration of excitation processes results in an essential acceleration of the ionization dynamics. As a consequence, the mean ionic charge state in the plasma as well as the number of highly charged ions is significantly increased. For the population of ground states and excited states within an ionic charge state Z, collisional deexcitation processes play an important role. By means of an analytical relation between excitation and deexcitation cross sections, the rates for the respective processes in the presence of the laser field are calculated. The role of deexcitation processes is studied in detail, showing that the inclusion of these processes is essential for the correct theoretical description of the photon emission from laser-excited clusters. Based on these results, the photon yield is calculated for selected radiative transitions resulting from highly charged argon ions in the UV and X-ray regime.
Non-healing wounds pose a major burden to patients and health care systems alike. These wounds are chronically stuck in the inflammatory phase of the healing process without transitioning to the proliferative phase. They are also characterized by the excessive presence of leukocytes which are assumed to provoke the persistent inflammation observed in pathological wound healing. Recent studies suggested a beneficial role of cold physical plasma in the treatment of chronic wounds. Hence, it was the central question, whether exposure to cold physical plasma would affect the viability and/or function of human leukocytes. Cold plasma displays various properties of which the generation of reactive molecules, such as reactive oxygen and nitrogen species (ROS/RNS), where found to be central in mediating redox changes in leukocytes. Oxidative stress was present especially in lymphocytes that readily underwent apoptosis after exposure to plasma. This was largely a direct consequence of plasma-generated hydrogen peroxide but not superoxide or RNS. Amount of apoptosis was comparable among several lymphocyte subpopulations, with the wound healing-relevant γδ T cells being least affected. Lymphocyte apoptosis was accompanied by mitochondrial membrane depolarization, caspase 3 activation, DNA fragmentation, and phosphatidylserine exposure. These results are in line with previous characterizations of the intrinsic apoptotic pathway in redox biology, and suggest that plasma-induced apoptosis was not mediated by alternative molecular mechanisms. An important immune response mechanism, the proliferation of lymphocytes, was not interrupted in plasma-treated but non-apoptotic cells. In wounds, a central role of leukocytes is to orchestrate the healing response via the release of small communication molecules called cytokines. Non-healing wounds are associated with elevated amounts of pro-inflammatory IL-1β, IL-6, and TNFα, and plasma-treatment of leukocytes strongly decreased their concentrations. At the same time, the expression of anti inflammatory cytokines (IL-10, TGFβ) was markedly increased. The pro inflammatory chemokine IL-8 was the only molecule to be significantly increased in supernatants of plasma-treated cells. IL-8 is the major chemo-attractant for neutrophil granulocytes. Neutrophils are frequently associated with non-healing wounds. These professional phagocytes are the first to migrate to the site of injury where they inactivate invading pathogens by various mechanisms. Importantly, highly relevant effector functions remained mostly unaffected by plasma treatment: the phagocytosis of bacteria, the oxidative burst, and the intracellular killing of microbes. Of note, plasma induced a strong induction of neutrophil extracellular traps (NETs). Decorated with antimicrobial proteins, NETs are web-like chromatin extrusions that entrap pathogens. These results have several implications for wound healing. Plasma-treated neutrophils were still capable of eradicating bacteria, which are frequently associated with non-healing wounds. In addition, plasma-induced NETs could aid in wound healing by providing an antibacterial scaffold to safeguard against further dissemination of microorganisms. Chronic wounds display a state of sustained inflammation and plasma induced apoptosis but not necrosis in lymphocytes. This was an important finding as necrosis, the involuntary cell death, is associated with the release of intracellular content, enhancing inflammation. By contrast, apoptosis dampens it as dead cells are cleared by macrophages inducing anti inflammatory responses. Further, the cytokine signature of plasma-treated leukocytes was largely non inflammatory, which could further decrease inflammation in wounds. Altogether, this work provided first insight with regard to effects and mechanisms of cold physical plasma treatment of wound-relevant leukocytes. Generally, these cells were affected by a plasma mediated modulation of their redox state. Future studies should include the possibility of redox modulation into their experimental approach to further elucidate the role of ROS/RNS in inflammation and possibly to improve existing wound healing therapies.
In summary, the transcriptome data demonstrated that acute RAP for 7h induces significant changes in the expression of several left atrial genes, including those reflecting ANG II-mediated oxidative stress, tissue remodeling, and energy depletion. Furthermore, the results from the dronedarone study demonstrated that this drug is capable of attenuating most of RAP-induced changes in oxidative stress-related gene expression. Accordingly, the haemodynamic parameters also showed that dronedarone reduced RAP-induced microvascular flow abnormalities. This view is supported by the observation that in the used porcine model of acute AF, dronedarone decreased RAP-dependent PKC phosphorylation, NADPH isoform expression, F2-isoprostane release and IκBα phosphorylation. Additionally, the results of the irbesartan study indicate that ET-1 contributes to AF-dependent atrial fibrosis by synergistic activity with ANG-II to stimulate SGK1 expression and enhance phosphorylation of the SGK1 protein which, in turn, induces CTGF. The latter has been consistently associated with tissue fibrosis. In support of this view, in vitro analyses using HL-1 cells verified CTGF induction after short episodes of RAP and additionally in response to exogenous addition of ET-1. Accordingly, irbesartan was shown to attenuate most of the RAP-dependent changes in atrial or ventricular gene expression.
Korrekte Händehygiene ist ein maßgeblicher Faktor im medizinischen Pflegealltag zur Vermeidung von nosokomialen Infektionen. Dabei ist nicht nur die richtige Technik nach der EN1500 maßgeblich, sondern vor allem die Compliance des Pflegepersonals, die je nach Fachrichtung sowie einer Reihe von anderen Faktoren zwischen 5-96 % schwankt. Als ein maßgeblicher Grund für mangelnde Compliance wird im Pflegealltag die erforderliche Zeit für die Händedesinfektion angegeben, d.h. die vorgeschriebene Einwirkzeit von 30 s wird im normalen Pflegealltag als zu lange empfunden bzw. auf Grund von zu wenig Zeit werden die Hände zu wenig desinfiziert. In dieser Studie wurde geprüft, ob die minimale Einwirkzeit von 30 s auf 15 s bei gleichbleibender Effizienz herabgesetzt werden kann und ob sich die verkürzte Einwirkzeit auf die Compliance des Pflegepersonals auswirkt. Die Studie wurde als Cross-Over-Anwendungsbeobachtung an 14 Probanden auf einer gynäkologischen Bettenstation durchgeführt. Die Probanden wurde jeweils über eine 8 h Schicht begleitet; dabei wurden die Anzahl ihrer durchgeführten Händedesinfektionen und die Indikationen dazu an Hand der "5 Moments" (WHO-Guideline 2009) erfasst. Bei den Probanden wurde am Anfang ihrer Schicht sowie danach stündlich die Kontaminationsrate der Hände mittels Auskneten der Fingerkuppen in CSL-Lösung sowie Ausstreichen auf Blutagarplatten in verschiedenen Verdünnungsreihen bestimmt. Danach erfolgte eine Händedesinfektion mit entweder 15 s oder 30 s Einwirkungszeit und die eine weitere Bestimmung der mikrobiellen Last in CSL-Lösung mit Desinfektionshemmstoff nach demselben Muster. Die kurz vor der Probeentnahme zuletzt durchgeführten Tätigkeiten wurden an Hand der Fulkerson-Skala klassifiziert. Im Ergebnis der Studie konnte sowohl die Gleichwertigkeit der Effektivität der verkürzten Einwirkzeit der Händedesinfektion bei gleicher mikrobieller Belastung zwischen beiden Versuchsreihen nachgewiesen werden, d.h. im laufenden Pflegealltag besteht kein Unterschied innerhalb der mikrobiellen Reduktionsleistung zwischen 15 s und 30 s Einwirkzeit. Zugleich wurde festgestellt, dass sich die Compliance innerhalb der verkürzten Einwirkzeit von 15 s gegenüber der von 30 s um 15 % signifikant steigerte. Die verkürzte Einwirkzeit ist folglich nicht nur als gleichwertig gegenüber der bisherigen Einwirkzeit von 30s anzusehen, sondern sie erwies sich als sinnvoll zur Verbesserung der Compliance des Pflegeteams auf der untersuchten Station.
Das Ziel der hier vorliegenden Arbeit, war die Evaluierung und Validierung eines neuen, flussbasierten Parameters zur Beschreibung des koronaren Kollateralblutflusses. Heutzutage basieren viele Methoden zur Bestimmung des koronaren Kollateralblutflusses auf intrakoronaren Druckmessungen, distal eines insufflierten Interventionsballons. Hierbei wird jedoch nicht berücksichtigt, welche dynamischen Aspekte sich aus Perfusionsdruck, dem Widerstand der Kollateralgefäße, dem myokardialen Widerstand und dem zentralen Venendruck ergeben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein experimenteller Versuchsaufbau zur Simulation des intrakoronaren Blutfluss und der Temperaturmessungen in einem stenosierten Gefäß entwickelt. Des Weiteren wurde eine klinische Patientenstudie durchgeführt. In 26 Patienten mit hochgradigen Koronarstenosen wurde die intrakoronare Hämodynamik mit einem intrakoronaren Druck- und Temperatursensor ermittelt. Dies umfasste die fraktionelle Flussreserve (FFR), den Index des mikrozirkulatorischen Widerstandes (IMR) und den druckbasierten kollateralen Flussindex (CFI), jeweils während Ballonokklusion und Hyperämie, die durch intravenöse Infusion von Adenosin induziert wurde. Zusätzlich wurde ein intrakoronarer Bolus einer zimmertemperierten Kochsalzlösung gegeben und der Temperaturverlauf hinter dem okkludierten Ballon gemessen. Der Anstieg des Temperaturausgleiches wurde nach logarithmischer Annäherung als Index für den kollateralen Blutfluss (CBFI) kalkuliert. Die einfach und komplikationslos durchzuführenden Messungen von CBFI korrelierten unter identischen Bedingungen signifikant miteinander. Darüber hinaus zeigte sich eine signifikante Korrelation zwischen CFI und CBFI. Diese Korrelation wurde stärker bei höhergradigeren Stenose und niedrigerer FFR. Interessanterweise war die Steigung der linearen Regression zwischen CBFI und CFI steiler in der Untergruppe mit einem IMR unterhalb des Median, als in der Gruppe mit höherem IMR. Dies würde einen effektiveren Kollateralblutfluss anzeigen, unabhängig von den bestehenden Druckverhältnissen. Zusammenfassend zeigte sich ein enger Zusammenhang zwischen CBFI und dem Kollateralblutfluss. Dies zeigt, dass der Parameter nützlich sein könnte als flussbasierter Index zur Beschreibung des Kollateralblutflusses und im Rahmen weiterer Studien untersucht werden sollte.
In Deutschland steigt die Zahl der Notarzteinsätze stetig an. Die Anamneseerhebung ist Bestandteil beinahe jeder Handlungsempfehlung für den Notarzt, die Studienlage zu deren Nutzen allerdings dürftig. In der TIME-Studie wurden bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Einsatzursachen der Einfluss und die Wertigkeit der Anamneseerhebung auf die Diagnosestellung und präklinische Therapie des Notarztes untersucht. Grundlage bildete eine prospektive Untersuchung. Die Befragung von Notärzten erfolgte in drei Bundesländern mittels eines Fragebogens. 537 der Fragebögen gingen in die Auswertung ein. Die Studie ergab, dass im wesentlichen Patienten mit einem internistischen Krankheitsbild, die sich zum Zeitpunkt des Einsatzes in der Wohnung befanden, einen Arztbrief oder eine Medikamentenliste bei sich hatten. Die Kenntnisse der Patienten über ihre eigenen Erkrankungen und deren Medikation variierten je nach Behandlungsursache stark. Traumapatienten waren diejenige Behandlungsgruppe mit der besten Kenntnis bezüglich der Eigenanamnese, gleichzeitig aber auch die Gruppe mit den wenigsten Vorerkrankungen. Die Wertigkeit der Anamnese wurde von den Notärzten insgesamt als eher mittelmäßig eingestuft, sie war dennoch für die Diagnosestellung des Notarztes höher als für seine präklinische Notfalltherapie. Die Wertigkeit der Anamnese war außerdem vom Behandlungsgrund abhängig. Bei Traumapatienten war sie im Verhältnis am geringsten, bei Patienten mit Atemnot oder abdominellen Beschwerden auffallend hoch. Ein Zusammenhang mit der Erkrankungsschwere konnte nicht nachgewiesen werden. Die Diagnosestellung des Notarztes wurde durch die Anamnese in 43,43% der Fälle beeinflusst, seine Therapie in 35,17% der Fälle. Die Beeinflussung variierte auch hier je nach Behandlungsgrund, den höchsten Einfluss hatte sie auf die Behandlung von bewusstlosen Patienten. In den Handlungsempfehlungen für Notärzte wird zwar die Erhebung der Vorerkrankungen und Medikation des Patienten empfohlen, die TIME-Studie konnte allerdings zeigen, dass ihr Einfluss auf die notärztliche Therapie insbesondere bei internistischen Erkrankungen bei weitem geringer ist als erwartet. Die Studie verdeutlicht, dass die einzelnen Krankheitsbilder für eine optimale präklinische Versorgung unterschiedliche Herangehensweisen erfordern.
Herzinsuffizienz ist eine der häufigsten Ursachen für Morbidität und Mortalität weltweit. Zum jetzigen Zeitpunkt ist die Herztransplantation im fortgeschrittenen Stadium der Erkrankung der einzige kurative Therapieansatz. Durch den Einsatz von Stammzellen als Therapieoption der Herzinsuffizienz konnten in den letzten Jahren im Rahmen von tierexperimentellen und klinischen Studien zahlreiche vielversprechende Daten gewonnen werden. Ziel der Stammzelltransplantationen ist es, das geschädigte Gewebe zu ersetzen, die Gefäßneubildung zu induzieren und somit die kardiale Funktion aufrechtzuerhalten. Kardialen Stammzellen wird durch die Fähigkeit der Selbsterneuerung, Proliferation und der Differenzierung in spezialisierte Zelltypen ein großes Regenerationspotential zugeschrieben. Weiterhin wurde ein positiver Einfluss von kardialen Stammzellen auf die Gefäßneubildung mittels parakriner Effekte beschrieben. Obwohl durch die Transplantation von kardialen Stammzellen eine Regeneration des geschädigten Gewebes, z.B. nach einem Myokardinfarkt, beobachtet wurde, ist noch wenig über die genauen Wirkungsweisen der eingesetzten Stammzellen bekannt. Zudem bleibt unklar, welchen Einfluss eine Schädigung des Herzens auf die Stammzellen und ihre Funktion hat und welche Faktoren dabei eine Rolle spielen. Die Existenz von residenten kardialen Stammzellen konnte sowohl im tierischen als auch im humanen Herzen nachgewiesen werden. Jedoch ist bis heute nicht geklärt, warum der Pool an residenten kardialen Progenitorzellen nicht merklich zur Regeneration nach einer Schädigung beitragen kann. Die vorliegende Arbeit befasste sich daher mit der Untersuchung der Funktion muriner residenter kardialer Progenitorzellen, die positiv für das Stammzellantigen-1 (Sca-1) sind, unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen. Hierfür wurde der Einfluss des Renin-Angiotensin-Aldosteron Systems (RAAS), welches entscheidend an der Entwicklung einer Herzinsuffizienz beteiligt ist, auf die Funktion Sca-1 positiver Zellen in vitro untersucht. Anschließend wurde der Einfluss pathophysiologischer Aldosteronkonzentrationen, wie sie im Rahmen einer Herzinsuffizienz nachweisbar sind, auf die sekretorische Aktivität der Sca-1 positiven Zellen bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass die Komponenten des RAAS die Migrationsrate Sca-1 positiver Zellen dosis- und zeitabhängig beeinflussen, wobei vor allem pathophysiologische Konzentrationen von Aldosteron eine signifikante Steigerung der Migrationsrate der Sca-1 positiven Zellen bewirkten. Des Weiteren konnte eine Mineralokortikoidrezeptor-vermittelte Wirkungsweise des Aldosterons auf die Funktion der Sca-1 positiven Zellen festgestellt werden, welche durch den Einsatz der Aldosteron-Antagonisten Spironolakton und Eplerenon inhibiert wurde. Anhand der an Sca-1 positiven Zellen durchgeführten Sekretomanalysen konnte gezeigt werden, dass sich die sekretorische Aktivität kardialer Progenitorzellen unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen unterscheidet. Pathophysiologische Stimuli führen zu einer erhöhten sekretorischen Aktivität kardialer Progenitorzellen. Die Analyse der sekretierten löslichen Faktoren deutet auf eine Beteiligung Sca-1 positiver Zellen an Reparatur- und Regenerationsprozessen mittels parakriner Mechanismen nach einer Schädigung hin. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass mit dem Mineralokortikoid Aldosteron ein Faktor identifiziert wurde, welcher zur Optimierung der Stammzelltherapie, z.B. im Rahmen einer Herzinsuffizienz, dienen kann. Weiterhin konnte in dieser Arbeit das Verhalten und die Funktion kardialer Progenitorzellen unter pathophysiologischen Bedingungen näher charakterisiert werden und mögliche Mechanismen aufgezeigt werden, über welche kardiale Stammzellen an Regenerationsprozessen beteiligt sein können.
Postoperative Wundinfektionen (surgical site infections: SSI) stellen in Deutschland derzeit die häufigste nosokomiale Infektion dar. In der heutigen Zeit sind die Standards zur Prävention von SSI sehr komplex und effizient. Mit der Absicht der weiteren Reduktion von SSI’s wurde der mikrobielle Hautversiegler InteguSeal® entwickelt. Ergänzend zu den bereits veröffentlichten Studien zur Wirksamkeit des Versieglers untersuchten wir die Haut von 128 Patienten, die sich zu geplanten traumatologischen Eingriffen in der Universitätsmedizin Greifswald einfanden. Die Patienten wurden in zwei Gruppen (Kontrollgruppe und Verumgruppe) aufgeteilt. Wir überprüften Koloniezahlen und Erregerspezies von Wundgrund, Wundrand und Wundnaht im Verlauf von operativen Eingriffen an der Wirbelsäule und an den Extremitäten. Im Vergleich mit der Kontrollgruppe ohne Versiegleranwendung konnten bei den Patienten, die der Verumgruppe mit Versiegleranwendung angehörten, an allen drei untersuchten Arealen weniger Koloniezahlen detektiert werden. Statistische Signifikanz wurde aber lediglich an der Wundnaht erreicht. Schlussfolgernd konnten wir zwar einen Trend zu Gunsten des sogenannten Sealings herausarbeiten, zur zukünftigen Integration der Versieglertechnik in die Standards zur präoperativen Vorbereitung zwecks Reduktion der Wundkontamination bzw. von Wundinfektionen müssen allerdings weitere Untersuchungen durchgeführt werden.
In vielen internationalen Studien wurde gezeigt, dass Zahnärzte besonders gefährdet zu sein scheinen, im Vergleich zur Allgemeinbevölkerung im Laufe ihres beruflichen Arbeitsalltages vermehrt Erkrankungen im Bereich des Muskel-Skelett-Systems zu entwickeln. Diese These sollte im Rahmen einer Studie an Greifswalder Zahnärzten überprüft und ein Präventionsprogramm zur Vermeidung solcher Beschwerden an Zahnmedizinstudenten der Universität Greifswald getestet werden. Von 2008 bis 2010 wurden insgesamt 66 Zahnmedizinstudenten aus dem 2. bzw. 9. Semester (N1=45, N2=21) sowie 21 Zahnärzte der Hansestadt Greifswald (Angestellte der Universitätszahnklinik und Niedergelassene) untersucht und befragt. An dem eigentlichen Versuchskollektiv, den 45 Studenten des zweiten Semesters erprobten wir ein Präventionsprojekt, welches in den Semesterstundenplan integriert wurde. Das Präventionsprojekt umfasste neben einer standardisierten orthopädisch-manualtherapeutischen Untersuchung am Beginn des Projekts, studiumsbegleitende Vorlesungen und Seminare mit einem hohen Praxisanteil. Insbesondere wurden theoretische Grundlagen zur Anatomie und funktioneller Zusammenhänge vermittelt sowie die korrekte Sitzhaltung bei der zahnärztlichen Behandlung demonstriert und geübt. Nach zwei Jahren intensiver Betreuung erfolgte eine Reevaluation der noch verbliebenen 29 Studenten mittels Fragebogen. Nach Auswertung der Fragebögen zeigte sich bereits, dass auch die Greifswalder Zahnärzte im Vergleich zur deutschen Allgemeinbevölkerung höhere Punktprävalenzen in Bezug auf Rückenschmerzen aufzeigen (43% gegen 35%). Ein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Zahnärzten und den Zahnmedizinstudenten, wie er international publiziert wird, konnte jedoch nicht nachgewiesen werden. Wir konnten weder einen Einfluss des Alters bzw. der Kollektivzugehörigkeit (p > 0,5) noch der täglichen Arbeitsdauer in unangenehmer Haltung (p > 0,1) auf die Ausbildung von Verspannungen belegen. In der klinischen Untersuchung zeigten sich bei den Zahnärzten mehr auffällige und vor allem mehr hochpathologische Untersuchungsbefunde als bei den Studenten. Signifikant waren dabei vor allem die Bewegungseinschränkungen im Bereich der LWS, bei den Zahnärzten insbesondere in der Seitneige (p < 0,003) und im Test nach Schober (p < 0,001). Darüber hinaus konnten weitere auffällige Befunde bei den Zahnärzten erhoben werden, allerdings fehlen hier signifikante Unterschiede (z.B. qualitative und quantitative Schmerzentwicklung (p > 0,3)). Im Verlauf des Zahnmedizinstudiums gab das Versuchskollektiv 2010 eine Zunahme der Schmerzhäufigkeit an (p < 0,04). Bereits im Vergleich der beiden Studentenkollektive 2008 konnte eine Steigerung der Schmerzhäufigkeit nachgewiesen werden (p = 0,05). Die Schmerzstärke hingegen zeigte keine statistisch bedeutsame Änderung im Verlauf des Studiums (p > 0,8). Sowohl die Studenten als auch die Zahnärzte sehen sich als überdurchschnittlich gefährdet an, im Bereich der Schulter-Nacken-Region sowie der Hals- und Lendenwirbelsäule Beschwerden zu entwickeln, so dass ein Präventionsprojekt einstimmig begrüßt wurde. Leider mangelt es den Studenten des Versuchskollektives an Compliance und Motivation. Die theoretisch und praktisch vermittelten Inhalte aus den Seminaren und Vorlesungen wurden während des Studiums von den Studenten bisher nur ungenügend umgesetzt werden und im Alltag praktisch angewendet. Zusammenfassend konnten wir in dieser Studie, wie auch international mehrfach publiziert, belegen, dass der Berufsstand des Zahnarztes sowohl subjektiv als auch objektiv im Vergleich zur Bundesbevölkerung prozentual häufiger an Beschwerden/ Schmerzen im Bereich des Bewegungsapparates leidet. Ebenso zeigte sich, dass der Wunsch nach Prävention und Schulung bezüglich ergonomischer Sitz- und Arbeitshaltung bereits in der Studentenpopulation vorhanden ist. Eine Fortsetzung dieser Präventionsprogramme ist dennoch unbedingt anzustreben.
Wie Menschen ihre Mundgesundheit wahrnehmen ist für die zahnärztliche Versorgung von großer Bedeutung. Besonders die Selbsteinschätzung der Mundgesundheit bestimmt darüber, ob Individuen zahnmedizinische Probleme erkennen und Präventionsmöglichkeiten und Therapien in Anspruch nehmen. Um ein umfassendes Bild zur Selbsteinschätzung der Mundgesundheit in Deutschland zu ermitteln, wurden die Deutschen Mundgesundheitsstudien aus den Jahren 1997 (DMS III) und 2005 (DMS IV) herangezogen und die beiden Altersgruppen der 35-44-jährigen Erwachsenen und der 65-74-jährigen Senioren untersucht. Die Selbsteinschätzung wurde mit der Frage “Wenn sie an ihre Zähne denken, wie ist der Zustand ihrer Zähne?” erfasst. Die Ergebnisse wurden mit den folgenden klinisch ermittelten Variablen assoziiert: die Anzahl kariöser, fehlender und gefüllter Zähne, der Anteil der Flächen mit Blutung, der mittlere Attachmentverlust (AV) und die mittlere Sondierungstiefe (ST), der Anteil der Flächen mit AV und ST ≥4mm sowie das Vorhandensein und Fehlen von festsitzendem und herausnehmbarem Zahnersatz. Ein Großteil der klinischen Variablen war signifikant mit der Selbsteinschätzung der Mundgesundheit assoziiert. Die Variable Anzahl fehlender Zähne zeigte den stärksten Einfluss auf die Selbsteinschätzung. Dies ließ die Schlussfolgerung zu, dass Individuen durchaus in der Lage sind, ihre Mundgesundheit wahrzunehmen. Insgesamt lag jedoch auch eine sehr positive Selbsteinschätzung der Mundgesundheit vor. Besonders hervorzuheben ist, dass mehr als die Hälfte der Probanden ihren Mundgesundheitszustand besser einschätzte als dies ihr tatsächlicher klinischer Zustand aufwies. Die Ergebnisse zeigen, dass die Motivation zur Prävention oraler Erkrankungen weiter gefördert und das Wissen um diese Erkrankungen weiter ausgebaut werden sollten. Aspekte der subjektiven Einschätzung der Mundgesundheit und individuell wahrgenommene Bedürfnisse sollten dabei berücksichtigt werden.
Klinische Studien haben gezeigt, dass Heparin das Überleben von Karzinompatienten unabhängig von seiner antikoagulatorischen Wirkung verlängern konnte. Aufgrund seiner Eigenschaften wie die stark negative Ladung ist eine Interaktion mit vielen Molekülen möglich. Zytokine, zumeist positiv geladen, spielen eine wichtige Rolle im Tumormikromilieu. Sie können die Proliferation, die Invasion sowie das Überleben von Tumorzellen fördern. Die Tumorprogression wird bspw. durch die Zytokine IL-8, RANTES, MCP-1 und HGF verstärkt. Für diese Moleküle ist eine Bindung bzw. Interaktion mit Heparin beschrieben. Ebenfalls werden IL-8, RANTES und MCP-1 vermehrt von endometrialen Adenokarzinomzellen sezerniert, wohingegen HGF vorwiegend von Stromazellen freigesetzt wird. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Heparin auf die Spontanproliferation, Zytokinsekretion und Invasion von humanen endometrialen Adenokarzinomzelllinien untersucht. Die fünf unterschiedlich differenzierten humanen endometrialen Adenokarzinomzelllinien AN3 CA, ECC-1, HEC-1-A, KLE sowie RL95-2 wurden mit verschiedenen Dosen unfraktioniertem Heparin inkubiert. Es erfolgte die Bestimmung der relativen Zellzahl mit Hilfe des Vitalitätsassays CellTiterBlue®, der Zytokinsekretion mittels ELISA sowie der Zytokinexpression mithilfe der real-time RT-PCR. Ebenfalls wurde der Einfluss von verschiedenen niedermolekularen Heparinen und Fondaparinux auf die Zytokinsekretion mittels ELISA untersucht. Des Weiteren wurde das Invasionsverhalten der Zelllinien gegenüber Heparin und Zytokinen im Invasionsassay ermittelt. Der Einfluss von TNF alpha, IL-6 und Heparin auf die HGF-mRNA in endometrialen Stromazellen wurde mittels real time RT- PCR bestimmt. Die Experimente wurden meist sowohl unter Normoxie (21 % Sauerstoff) als auch unter Hypoxie (1 % Sauerstoff) durchgeführt. Heparin hat einen geringen Einfluss auf die Spontanproliferation, der abhängig von der Zelllinie, Heparinkonzentration sowie Dauer der Inkubationszeit war. Ebenfalls beeinflusste es die Zytokinsekretion auf Protein- und Genebene zelllinien- sowie zytokinspezifisch. Bei RL95-2, HEC-1-A und AN3 CA kam es zu einer dosisabhängigen Hochregulation der RANTES Sekretion, wohingegen bei KLE eine Abnahme der MCP-1 und IL-8-Sekretion schon bei der geringsten Dosis nachweisbar war. Diese Effekte waren sowohl unter Normoxie als auch Hypoxie gleichermaßen nachweisbar. Die niedermolekularen Heparine sowie Fondaparinux beeinflussten ebenfalls die Zytokinsekretion. In Abhängigkeit von der jeweiligen Zelllinie, der verwendeten Dosis und der Sauerstoffkonzentration zeigte sich eine Hoch-, eine Herunterregulation oder gar keine Beeinflussung des entsprechenden Zytokins. HGF erhöhte die Invasivität von KLE sowie unter Hypoxie von HEC-1-A. Die Kombination von HGF und Heparin erhöhte die Anzahl der invadierten Zellen bei HEC-1-A und RL95-2 im Vergleich zu unbehandelten Zellen. TNF alpha und IL-6 konnten die HGF-Sekretion in endometrialen Stromazellen teilweise erhöhen, wohingegen Heparin alleine keinen Einfluss hatte. Dahingegen konnte Heparin den durch TNF alpha und IL-6 erhöhten HGF mRNA-Gehalt in endometrialen Stromazellen auf das Ausgangsniveau wieder absenken. Heparin konnte sowohl die Spontanproliferation, die Zytokinsekretion und die Invasivität endometrialer Adenokarzinomzelllinien zelllinienspezifisch modulieren. Ebenfalls konnte es den mRNA-Gehalt endometrialer Stromazellen regulieren. Dadurch kann Heparin das Tumormikromilieu beeinflussen und so in wichtige Prozesse der Karzinogenese wie Wachstum sowie Metastasierung eingreifen. Da dem umliegende Gewebe wie karzinomassoziierte Fibroblasten und Makrophagen eine wesentliche Rolle in der Tumorprogression zukommt, müssen weitere Untersuchungen in Kokulturexperimenten erfolgen, um die Bedeutung von Heparin auf das Tumormikromilieu besser zu verstehen. Diese Beobachtung zeigt die Fähigkeit Heparins neben seiner Rolle als Antikoagulanz in wichtige Prozesse der Tumorinitiation und –progression einzugreifen und macht somit seine Anwendung in weiteren Gebieten neben der Antikoagulation vorstellbar.
Mit dem cholinergen antiinflammatorischen Signalweg (CAP) konnte in den letzten Jahren eine vielversprechende Therapieoption identifiziert werden, um die unverändert hohe Letalität der klinischen Sepsis entscheidend zu senken. Die Untersuchung des therapeutischen Nutzens einer pharmakologischen Parasympathikusstimulation in der murinen polymikrobiellen Sepsis der Colon Ascendens Stent Peritonitis (CASP) war eine Hauptfragestellung dieser Arbeit. Untersucht wurden die Auswirkungen von Nikotin auf das Überleben und die Zytokinspiegel in der CASP. Es konnte gezeigt werden, dass die Effektstärke des CAP im Vollbild der polymikrobiellen Sepsis ihre Limitation erfährt. Hierdurch wurde die Hypothese gefestigt, dass eine Stimulation des CAP vornehmlich in Hyperinflammationsmodellen protektiv wirkt, aber keine oder sogar eine nachteilige Wirkung in Sepsismodellen mit wesentlicher Infektionskomponente besitzt. Der CAP wirkt folglich antiinflammatorisch, aber nicht antiinfektiös. Chirurgische Eingriffe besitzen eine immunmodulierende Wirkung. Kleine chirurgische Eingriffe können immunaktivierend wirken, größere Operationen hingegen das Immunsystem paralysieren. Diese beiden diametralen Verläufe könnten einen entscheidenden Einfluss auf das Outcome einer postoperativen Sepsis haben. Ein regelrecht konditioniertes Immunsystem könnte eine Schutzwirkung entfalten und die Sepsismorbidität und -mortalität senken. Diese Arbeit hat gezeigt, dass kleinere, sterile periphere Eingriffe eine Art „operative Impfwirkung“ besitzen. Erkenntnisse über die Reaktions- und Regulationsmechanismen nähren die Hoffnung, durch geeignete Anpassung des operativen Behandlungsregimes eine immunologische Alteration herbeiführen zu können und so den Ausgang großer chirurgischer Eingriffe in Zukunft entscheidend verbessern zu können.
Die DEXA-Untersuchung ist durch ihre einfache Handhabung, geringe Strahlenbelastung und vielseitigen Messparameter eine praktikable Methode um die Körperzusammensetzung zu messen. Diese Studie untersucht in einem tierexperimentellen Modell für Frühgeborene den Einfluss von supportiven medizinischen Accessoires auf die einzelnen Parameter einer DEXA-Untersuchung. Unter Verwendung eines hochauflösenden Untersuchungsmodus (Kleintiermodus) konnte gezeigt werden, dass supportive medizinische Accessoires die Messwerte einer DEXA-Untersuchung signifikant verändern. Dabei wurden ausgewählte medizinische Accessoires (u.a. CPAP, Tubus, Flexülen) in verschiedenen Kombinationen, wie sie auch im klinischen Alltag gebräuchlich sind, zu den Versuchstieren ins Untersuchungsfeld gelegt. Dadurch erhöhten sich die Messwerte für Knochenmineralgehalt, Fett- und Gesamtmasse. Die Werte für die Magermasse verringerten sich. Zudem scheint sich das Verhältnis von Fett- zu Magermasse zur Fettmasse zu verschieben. Außerdem zeigte sich, dass die Software bei geringen Gewichten der Versuchstiere nicht mehr exakt zu messen scheint. Bei der Verwendung der DEXA-Methode für Frühgeborene sollten somit im klinischen Alltag die genannten Einflüsse berücksichtigt werden.
In this thesis we have revisited the formation of the excitonic insulator (EI), which realizes an exciton condensate. In contrast to optically created exciton condensates, the EI forms in thermal equilibrium and is solely driven by the Coulomb attraction between electrons and holes. The EI phase is anticipated to occur near the semimetal-semiconductor (SM-SC) transition at low temperatures. Depending from which side the EI is approached, it forms due to a BCS-type condensation of electron-hole pairs or a Bose-Einstein condensation (BEC) of excitons. The extended Falicov-Kimball model (EFKM) is the minimal model the EI can be described with. This model describes spinless fermions in two dispersive bands (f band and c band), that interact via a local Coulomb repulsion. The EFKM is also used to describe electronic ferroelectricity (EFE). Both phases, the EI and EFE-type ordering, are characterized by a spontaneous f-c hybridization in the EFKM. We have presented the EI phase, the EFE phase, and the orderings they compete with. Moreover, we have determined the ground-state phase diagram of the EFKM. We have focused particularly on the anticipated BCS-BEC crossover within the EI and have analyzed the formation scenarios. The exciton spectrum and the exciton density in the normal phase close to the critical temperature give information about relevant particles and therefore the nature of the transition. We have demonstrated that the whole EI is surrounded by a halo", that is, a phase composed of electrons, holes and excitons. However, on the SM side, only excitons with a finite momentum exist. These excitons appear only in a small number and barely influence the SM-EI transition. This phase transition is driven by critical electron-hole fluctuations, generated by electrons and holes at the Fermi surface. On the SC side, excitons with arbitrary momenta exist. Most notably, we have found the number of zero-momentum excitons to diverge at the SC-EI transition, signaling the BEC of these particles. Within the EI phase, there is a smooth crossover from the BCS regime to the BEC regime. One of the promising candidates to observe the EI experimentally, is the transition-metal dichalcogenide 1T-TiSe2. Strong evidences were found favoring an EI scenario of the charge-density-wave (CDW) formation in this material. However, some aspects point to a lattice instability to drive the CDW transition. We have addressed this issue by analyzing the recently discovered chiral property of the CDW in 1T-TiSe2. We have found that the EI scenario is insufficient to explain a stable, long range chiral charge ordering. Lattice degrees of freedom must be taken into account. In particular, nonlinear electron-phonon coupling and phonon-phonon interaction are crucial. By estimating appropriate model parameters for 1T-TiSe2, we have suggested a combination of excitonic and lattice instability to drive the CDW transition in this material. Experiments in 1T-TiSe2 and other materials suggest that the coupling to the lattice is non-negligible. We have extended therefore the model by an explicit exciton-phonon interaction, and have analyzed crucial effects of this interaction. While the single-particle spectrum is not modified qualitatively, the electron-hole pair spectrum changes significantly. The inclusion of the phonons lead to a massive collective mode in the ordered ground state in contrast to the case for vanishing exciton-phonon coupling, where the mode is acoustic. We have suggested that a gapless collective mode leads to off-diagonal long range order. This questions that the ground state for finite exciton-phonon coupling represents a condensate.
Hygiene ist ein unentbehrlicher Bestandteil des alltäglichen Praxisablaufs, der zum Schutz vor Infektionen dient. Mit der Überarbeitung der Hygienerichtlinie des Robert Koch-Instituts (RKI) im Jahr 2006 kam es zu einer Erhöhung der Anforderungen an die Hygiene und den Infektionsschutz in der Zahnarztpraxis. Die Analyse der Entwicklung der Ausgaben für Hygieneaufgaben einer zahnärztlichen Gemeinschaftspraxis mit 2 Behandlern in Berlin im Zeitraum 2006 bis 2010 zeigte eine kontinuierliche Steigerung der Ausgaben um etwa 37 %. Eine Besonderheit stellt dabei der starke Anstieg zwischen 2006 und 2007 dar, was auch auf die verschärften Hygienerichtlinien zurückführen ist. Die hohen Kostensteigerungen die in anderen Studien aus den Jahren 1996 und 2006 ermittelt wurden, konnten durch die vorliegende Untersuchung nicht bestätigt werden.
Das in dieser Arbeit konstruierte Gerät misst den Augeninnendruck transpalpebral. Das Messprinzip ist eine Umsetzung der subjektiven Augeninnendruckschätzung durch den palpierenden Finger in eine objektive Messmethode. Anders als die Fingerbeeren, die nebeneinander auf das Oberlid gesetzt werden, liegen zwei Membranen übereinander, um einerseits die Andruckkraft der Feder auf den Bulbus für eine definierte Ausgangslage zu übertragen und andererseits das Auge in seiner Position zu stabilisieren. Das Gerüst bilden zwei Andruckeinheiten, die mit ihrem Mittel- und Schwerpunkt unabhängig voneinander auf einer Querachse an einem Haltestab fixiert, frei schwingend, mit Massestücken ausbalanciert gelagert sind. Dies ermöglicht reproduzierbare Messungen in jeder Körperlage. Es kann ebenso bei Kindern angewandt werden. Ein großer Vorteil der transpalpebralen Augeninnendruckmessung ist die Vermeidung eines direkten Kontakts mit dem Auge. Dadurch sind eine Infektionsgefahr mit pathogenen Keimen und direkte Verletzungen der Cornea oder Sklera ausgeschlossen. Durch die Unabhängigkeit von der Hornhautanästhesie werden allergische und trophische Reaktionen vermieden. Ein weiterer Vorteil ist die Anwendung bei Patienten mit allen Arten von Hornhautpathologien und Konjunktivitiden. Der Anwendungsbereich des Gerätes mit dieser Federwahl für die Andruckeinheit II, ist auf IOD-Werte ≤20mmHg eingeschränkt. Die Kalibrierung des transpalpebralen Applanationstonometers wurde anhand von 22 IOD-Messungen an 13 freiwilligen Patienten mit dem Goldmann Tonometer vorgenommen. Zum Vergleich der Messwerte wurden daraus 19 IOD-Werte im Bereich zwischen 12 und 18mmHg herangezogen. Bei allen 19 untersuchten Augen betrug die Abweichung des transpalpebralen Applanationstonometers weniger als 2mmHg von den Werten des Goldmann Tonometers. Bei 73,7% der untersuchten Augen wurde eine Abweichung ≤1mmHg gemessen und bei 42,1% der untersuchten Augen gab es keine Abweichung.
Viele als endokrine Disruptoren (EDCs) bezeichnete Schadstoffe gelangen in die Umwelt und können Veränderungen in der Entwicklung und der Funktion des Hormonsystems von Menschen und Tieren hervorrufen. Sie liegen häufig in niedrigen, physiologisch wirksamen Konzentrationen, sowie als Substanzgemische in komplexen Umweltproben vor. Zum Nachweis dieser Umweltchemikalien bedarf es der Entwicklung neuer, effizienter, benutzerfreundlicher und hoch sensitiver Detektionsmethoden. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Validierung von zwei neuen bioanalytischen Testsystemen, welche das biologische Potential von EDCs zuverlässig bestimmen. Das erste System, der neue Arxula adeninivorans yeast androgen screen (A-YAS) Assay, ermöglicht die Detektion von (anti-)androgenen Aktivitäten von EDCs als Reinsubstanzen sowie von Umweltproben. Dieser in vitro Bioassay basiert auf transgenen A. adeninivorans-Zellen, welche konstitutiv das Gen des humanen Androgenrezeptors (hAR) exprimieren. Das induzierbare Gen des Reporterproteins Phytase K (phyK, aus Klebsiella sp. ASR1 stammend) steht unter Kontrolle des aus A. adeninivorans stammenden Glucoamylase(GAA)-Promotors, welcher durch die Insertion von hormone responsive elements (HREs) modifiziert wurde. Bei Anwesenheit von (anti-)androgen wirkenden Substanzen bindet ein Dimer des hAR-Liganden-Komplexes an die HRE-Sequenzen und reguliert die Reportergenexpression. Das gebildete Reporterprotein Phytase K wird in das Medium sezerniert und ermöglicht die photometrische Bestimmung der Absorption als Maß der rekombinanten Enzymaktivität, welche mit der Konzentration der (anti-)androgen wirkenden Substanzen korreliert. Die Xplor®2-Transformations-/Expressionsplattform wurde verwendet, um mitotisch stabile und resistenzmarkerfreie Hefetransformanden zu generieren und geeignete Vertreter als Biokomponenten des Assays zu selektieren. Der A-YAS Assay ist benutzerfreundlich, schnell (Inkubationszeiten zwischen 5 h und 24 h) und als Hochdurchsatzmethode im 96-iger Mikrotiterplattenformat anwendbar. Für die Referenzsubstanz 5α-Dihydrotestosteron wurden ein Wert für die mittlere effektive Konzentration (EC50) von 277,1 ng/l sowie Nachweis- und Bestimmungsgrenzen von 56,5 ng/l bzw. 76,5 ng/l bestimmt. Damit ist der A-YAS Assay der derzeit sensitivste Hefezell-basierte Assay zur Detektion von androgenen Aktivitäten. Darüber hinaus wurden die androgenen und anti-androgenen Aktivitäten verschiedener weiterer EDCs (natürlich vorkommende Androgene und Östrogene, Pharmazeutika, Biozide) ermittelt. Der A-YAS Assay stellt ein robustes Testsystem dar und kann zur Bestimmung der androgenen Äquivalentwerte (AEQs) von komplexen Umweltproben wie Urinen eingesetzt werden. Die durch den Bioassay ermittelten AEQs mehrerer Rinderurinproben korrelierten gut mit den AEQs, welche durch GC-MS Analyse der gleichen Proben bestimmt wurden. Das zweite in dieser Arbeit entwickelte Testsystem ist ein zellfreies Verfahren, welches der rezeptorselektiven Anreicherung und Detektion von östrogen und androgen wirkenden Substanzen dient. Dazu wurden sowohl die vollständigen als auch die für die Ligandenbindungsdomäne (LBD) codierenden Gensequenzen vom humanen Östrogenrezeptor α (hERα) und von hAR mit der codierenden DNA-Sequenz für einen Polyhistidin-Tag (His-Tag) fusioniert. Durch die Wahl geeigneter Expressionssysteme erfolgte die Synthese rekombinanter, N- bzw. C-terminal mit einem His-Tag fusionierte Rezeptorproteine in vier unterschiedlichen Wirtsorganismen, dem Bakterium Escherichia coli BL21(DE3), den Hefen A. adeninivorans und Hansenula polymorpha sowie der Pflanze Nicotiana benthamiana. Zur maximalen Akkumulation von rekombinantem Protein wurden die Kultivierungsparameter der einzelnen Organismen optimiert. Eine Reinigung der nach Zellaufschluss extrahierten Proteine erfolgte durch die Metall-affine Interaktion von His-Tag-Fusionsproteinen mit Ni(II)-Nitrilotriacetat(Ni-NTA)-Gruppen in der immobilisierten Metallionen-Affinitätschromatographie (IMAC). Die in E. coli BL21(DE3)/pET-23a(+)-LBD-hERα synthetisierte, C-terminal mit einem His-Tag fusionierte LBD von hERα (LBD-hERα-6Hp) konnte nach IMAC-Reinigung mit hoher Reinheit (>90 %) und in einer Konzentration von bis zu 4 mg/ml erhalten werden. Die Anwendung unterschiedlicher Ligandenbindungsassays wies die Funktionsfähigkeit des rekombinanten Proteins nach. Durch Immobilisierung auf einer Chipoberfläche und Integration in einer Durchflusszelle wurde LBD-hERα-6Hp zum einen in einem Anreicherungsverfahren eingesetzt, welches Analyte von bisher unbestimmbaren in detektierbare Konzentrationen überführt. Die spezifische Bindung von 17β-Estradiol (17β-E2) wurde anhand der im östrogen-sensitiven nAES-P Assay (Kaiser et al., 2010) bestimmten Wiederfindungsraten von 17β-E2 bestimmt, welche sich nach Inkubation in der Durchflusszelle verringerten. Durch Integration einer optischen Messmethode (Lumineszenz) wurde ein kompetitives Detektionsverfahren entwickelt. Durch den Einsatz von LBD-hERα-6Hp wurde die spezifische Bindung von 17β-E2 gezeigt. Das Detektionsverfahren kann zur sensitiven Bestimmung der hormonellen Aktivitäten von EDCs als Reinsubstanzen sowie in Umweltproben eingesetzt werden. Darüber hinaus könnte das Anreicherungsverfahren als Vorstufe von kostenaufwändigen Nachweisverfahren wie der GC-MS Analyse verwendet werden.
Die Verlängerung des Aufenthalts einer Arzneiform im Magen kann enorme Vorteile insbesondere für Arzneistoffe mit einem Absorptionsfenster im oberen Dünndarm oder schlechter Bioverfügbarkeit bieten. Bei gleichzeitig kontrollierter Freisetzung eines enthaltenen Wirkstoffs können Plasmaspitzen und Fluktuationen im Blutplasma vermieden werden. Ziel der Arbeit war die Entwicklung und Charakterisierung solcher potentiell gastroretentiver Darreichungsformen in vitro und in vivo. Der Hauptteil der Arbeit umfasste die Entwicklung einer neuartigen Arzneiform, die bei nüchterner und postprandialer Gabe eine zuverlässige Gastroretention über mehrere Stunden zeigen und den Wirkstoff kontrolliert im Magen freigeben sollte. Das System bestand aus einer wirkstoffhaltigen Kerntablette und einem den Kern umgebenden, quellenden Mantel, welcher durch Expansion die angestrebte Gastroretention ermöglichen sollte. Im Rahmen der Formulierungsentwicklung erwies sich die Mischung aus einem hoch- und niedrigmolekularen Polyethylenoxid als geeignet für die Kontrolle der Wirkstofffreisetzung aus dem Kern. Die Ergänzung wasserlöslicher, osmotischer Hilfsstoffe ermöglichte eine weitgehend pH-unabhängige und vollständige Wirkstofffreigabe. In vitro-Quellungsstudien mit den entwickelten Manteltabletten ergaben eine schnelle und ausgeprägte Größenzunahme bei Testung in einfachen Freisetzungsmedien. Zur Prüfung des tatsächlichen gastroretentiven Potentials der entwickelten Manteltabletten mit dem Diuretikum Furosemid wurde eine Magnetic Marker Monitoring (MMM)-Studie durchgeführt. Das MMM basiert auf der magnetischen Markierung einer Arzneiform und der Bestimmung ihrer Lokalisation im Gastrointestinaltrakt mittels empfindlicher Sensoren. Nach Nüchterneinnahme wurden die Manteltabletten innerhalb von 38 ± 12 min aus dem Magen der Probanden entleert. Bei Applikation der Manteltabletten nach Einnahme einer hochkalorischen, standardisierten Mahlzeit konnte eine durchschnittliche Gastroretentionszeit von 8 ± 3 h erzielt werden. Die AUC(0-24 h) konnte im Studienarm mit Nahrung im Vergleich zur Nüchterneinnahme von 89 ± 56 ng·h/mL auf 708 ± 304 ng·h/mL gesteigert werden. Weiterhin wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein neuartiges mechanisches Antrummodell entwickelt, mit dem der Einfluss antraler Kontraktionswellen auf die Tendenz zur Entleerung von Objekten untersucht wurde. Große, starre Objekte wie eine Glaskugel wurden aufgrund ihrer geringen Reibung vor der Welle hergeschoben und aus dem Modell entleert. Auch die reibungsverminderte Oberfläche eines Cryogel-Schaums erhöhte die Tendenz zur Entleerung aus dem Modell. Vielversprechend war dagegen die unter allen variablen Testbedingungen beobachtete Gastroretention eines Trichobezoars. Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass weiterhin eine große Herausforderung in der Entwicklung von Arzneiformen besteht, die eine nachweisliche Gastroretention beim Menschen in Abwesenheit von Nahrung zeigen.
In der modernen Augenheilkunde werden Injektionen und Implantate in periokulare Regionen oder direkt in den Glaskörper injiziert. Bei der Entwicklung neuer ophthalmologischer Implantate und Injektionen ist die In vitro-Testung der Wirkstofffreigabe und -verteilung von großer Bedeutung. Dabei stellen viele Testmethoden die In vivo-Situation nicht ausreichend dar. Einerseits bilden die Gewebe des Auges wie beispielsweise die Konjunktiva oder die Sklera Barrieren für den Transport des Arzneistoffes zum Wirkort. Andererseits ist der Einfluss der Gefäßsysteme von Konjunktiva und Choroidea auf die Verteilung und Elimination des Arzneistoffes zu berücksichtigen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Gewebe des Auges hinsichtlich ihrer Permeabilitätseigenschaften untersucht. Als Ergebnis wurden die Permeabilitätskoeffizienten von Ciprofloxacin, Lidocain, Timolol und Dexamethason für die Sklera, Konjunktiva, Kornea, den Retina-Choroidea-Komplex sowie für Kombinationen der aufgezählten Gewebe des Schweineauges erhalten. Als weitere Tiermodelle finden Gewebe von Rinder- und vor allem Kaninchenaugen in der ophthalmologischen Forschung Anwendung. Aus diesem Grund wurden die Permeabilitätsstudien um die Membranen dieser zwei Spezies erweitert. Der Interspezies-Vergleich zeigte sehr große Unterschiede in den Permeabilitäten der Wirkstoffe durch die Gewebe auf, sodass die direkte Übertragbarkeit von Ergebnissen zwischen den Tieren und auf den Menschen nicht gewährleistet ist. Um die Barriere-Eigenschaften der Augengewebe in ein In vitro-Modell zu integrieren wurden synthetische Membranen, die mit den Permeabilitätseigenschaften der Gewebe des Schweineauges übereinstimmen, identifiziert. Diese Membranen wurden zur Simulation der natürlichen Gewebe des Auges in den Mittelteil der neu entwickelten Zwei-Kanal-Durchflusszelle eingespannt. Die Zwei-Kanal-Durchflusszelle besteht aus drei Teilen, wobei die zwei äußeren Akzeptor-Kompartimente je einen Flusskanal, der mit Ringer-Puffer perfundiert wird, enthalten. Durch Etablierung physiologischer Flussraten entlang der korrespondierenden Membranen wurde der konjunktivale und choroidale Blutfluss und somit die Permeabilitäten der Gewebe als auch der Einfluss der Blutgefäße zusammen in einem In vitro-Modell berücksichtigt. Um den Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit in den Flusskanälen und des osmotischen Verhältnis zwischen Probe und Perfusionsmedium auf die Wirkstoffverteilung im System zu untersuchen, wurde eines der zwei Akzeptor-Kompartimente durch eine für Puffer und Wirkstoff undurchlässige Scheibe dicht verschlossen, sodass der Stofftransport nur in eine Richtung sattfinden konnte. Die Ergebnisse zeigten einen bedeutenden Einfluss dieser beiden Parameter auf die Wirkstoffverteilung. Bei Zuschaltung des zweiten perfundierten Akzeptor-Kompartiments der Zwei-Kanal-Durchflusszelle treten zwischen den Kompartimenten vermutlich Kräfte wie zum Beispiel Querströmungen und hydrostatische Druckgefälle auf. Basierend auf den erhaltenen Verteilungskurven der Wirkstoffe in der Zwei-Kanal-Durchflusszelle kann reine konzentrationsgesteuerte Diffusion durch die Membranen als alleiniger Transportmechanismus ausgeschlossen werden. Die beschriebenen Effekte müssen vor der Etablierung der Zwei-Kanal-Durchflusszelle als biorelevante In vitro-Methode für die Charakterisierung von periokularen Injektionen und Implantaten in weiteren Arbeiten durch Änderungen des Modelldesigns behoben werden. Neben den peripheren Geweben des Auges dient der Glaskörper als Applikationsort für Injektionen makromolekularer Arzneistoffe und Implantate, die den inkorporierten Arzneistoff über einen längeren Zeitraum freigeben. Die intravitreale Freisetzung und Verteilung des Wirkstoffes ist für den therapeutischen Effekt von entscheidender Bedeutung. Um diese Prozesse in vitro zu charakterisieren wurde das Glaskörper-Modell entwickelt. Die Form und das Volumen des kugelförmigen Glaskorpus sind an die Geometrie des menschlichen Glaskörpers angepasst. Als Substitut für den natürlichen Glaskörper wurde ein Polyacrylamid-Gel modifiziert, sodass dieses in ausgewählten physiko-chemischen Eigenschaften dem natürlichen Glaskörper entspricht. Nach der Applikation des Wirkstoffes direkt in den Glaskörper muss dieser durch passive oder aktive Transportprozesse an den Wirkort im hinteren Augenabschnitt gelangen. Dabei wird die Wirkstoffverteilung im Glaskörper durch die Augenbewegung maßgeblich beeinflusst. Die Simulation verschiedener Augenbewegungen wurde mit der Entwicklung des Eye Movement Systems in ein In vitro-Modell umgesetzt. Das System ist in der Lage Geschwindigkeiten und Amplituden von langsamen bis schnellen Folgebewegungen, Sakkaden und Mikrosakkaden des Auges nachzuahmen. In die zentrale Halterung des Eye Movement Systems kann das Glaskörper-Modell integriert werden. Die Kombination aus Eye Movement System und Glaskörper-Modell bietet die Möglichkeit den Einfluss der verschiedenen Augenbewegungen auf das Freisetzungs- und Verteilungsverhalten von intravitrealen Injektionen und Implantaten zu untersuchen. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme der beiden Systeme wurden Verteilungsstudien mit Modellarzneistoffen verschiedener Molekularmassen durchgeführt. Die Ergebnisse der Studien zeigten, dass das Molekulargewicht im vollständig mit Gel gefüllten Glaskörper-Modell Einfluss auf die Geschwindigkeit der vermuteten Umverteilungsprozesse im Glaskörper-Substitut hat. Mit zunehmendem Anteil der flüssigen Phase im Glaskörper-Modell unterschieden sich die erhaltenen Verteilungen zwischen den Versuchen mit und ohne Bewegung deutlich. Bei der Simulation der hinteren Glaskörperablösung besitzt die Bewegung des Modells einen essentiellen Effekt auf die Konvektions- und Umverteilungsprozesse im Glaskörper-Modell. Durch das Ersetzen prozentualer Anteile des Gels durch Ringer-Puffer konnten Bedingungen der hinteren Glaskörperablösung simuliert werden. Die Simulation des Alterungsprozesses bewirkte eine Zunahme der Konvektion im Glaskörper-Modell. Als Folge resultierte eine deutlich schnellere Umverteilung der injizierten Modellarzneistoffe. Die hintere Glaskörperablösung besitzt demzufolge einen großen Einfluss auf die Verteilung und darf in In vivo- und In vitro-Studien nicht vernachlässigt werden. Mit der Zwei-Kanal-Durchflusszelle und der Kombination aus Eye Movement System und Glaskörper-Modell sind Konzepte für die Charakterisierung von periokularen und intravitrealen Arzneiformen entwickelt worden. In den Modellen wurde besonderer Wert auf die Anlehnung an die In vivo-Situation gelegt. Durch die Berücksichtigung der okularen Blutflüsse, die Simulation der Permeabilitätseigenschaften bestimmter Gewebe des Auges durch entsprechende synthetische Membranen, die Etablierung verschiedener Arten der Augenbewegung und der Simulation des Glaskörpers durch das Polyacrylamid-Gel wurden biorelevante Voraussetzungen geschaffen, die bisher in keinen anderen In vitro- Modellen zu finden sind. Vor der Etablierung der Zwei-Kammer-Durchflusszelle sind weitere Maßnahmen zur Unterbindung der physikalischen Störfaktoren nötig. Der theoretische Ansatz der Zwei-Kammer-Durchflusszelle konnte noch nicht in die Praxis umgesetzt werden. Unter Verwendung des Eye Movement Systems und des Glaskörper-Modells wird eine kostengünstige, einfache und schnelle Charakterisierung neuartiger intravitrealer Injektionen und Implantate unter In vitro- Bedingungen möglich. Die methodische Etablierung des Eye Movement Systems ist erfolgt. Durch weitere Modifikationen kann das System in Zukunft noch näher an die In vivo-Situation herangeführt werden.
Durch die vorliegende Arbeit wurde die Relevanz moderner Ansätze in der fragmentbasierten Leitstrukturentwicklung für den Erfolg und die Sicherheit in der Arzneistoffentwicklung aufgezeigt. Neben den theoretischen Grundlagen konnte die praktische Anwendung molekularer Vielfalt mit Hilfe komplementärer Substanzbibliotheken vielfach direkt den resultierenden Nutzen aufzeigen. Dabei galt das Interesse speziell antiproliferativen Zielstrukturen, mit besonderem Schwerpunkt auf der Hemmung der Glutathionperoxidase. Des Weiteren unterstützten in silico-Methoden eine zielgerichtete Arbeitsweise. Durch die Optimierung des GPx 1-Testsystems konnte eine zuverlässige in vitro-Analytik etabliert werden. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass mit Hilfe der angestellten Untersuchungen die erfolgreiche Entwicklung, Optimierung und Evaluierung mehrerer Leitstrukturen für diverse Zielproteine der Tumortherapie aufgezeigt werden konnte. Es wurden zunächst die Fortschritte auf dem Gebiet der fragmentbasierten Leitstrukturentwicklung über multifunktionale Screeningbibliotheken zusammengefasst und bewertet (Publikation 1). Die vorgestellten Ansätze, wie Halogenbindungen und sp3-Reichtum, fanden in den folgenden Publikationen zu einem Großteil praktische Anwendung. Die Synthese einer umfangreichen Acylhydrazonbibliothek führte zum Ausbau der inhibitorischen Aktiviät gegenüber der bovinen GPx 1 (Publikation 2). Der kombinatorische Syntheseansatz erbrachte eine Vielzahl eng verwandter Analoga, die entgegen der Erwartungen leider kaum Erkenntnisse über SAR erbrachten. Zudem erwiesen sich die angewandten Docking-Studien als irreführend, da keinerlei Korrelation zu den in vitro-Ergebnissen erkennbar war. Dennoch konnte mit den angestellten Untersuchungen ein stabiler Enzymassay etabliert werden, der eine zuverlässige Analyse zukünftiger Produkte unterstützt. Langfristig wäre für Aussagen über quantitative SAR die gezielte Optimierung anhand einer Kristallstrukturanalyse erforderlich. Alternativ wurden bereits erste NMR-Versuche mit Sättigungstransfer-Differenz (STD)-Spektroskopie angestellt, die sich jedoch aufgrund der schlechten Löslichkeit der Acylhydrazone als schwierig erwiesen. Weiterhin wurde Misonidazol als Inhibitor der GPx 1 einer Neubewertung unterzogen (Publikation 3). Während racemisches Misonidazol nach früheren Berichten die Aktivität muriner GPx 1 bei 500 µM signifikant reduzierte, zeigte die in vitro-Testung der reinen Enantiomere gleicher Konzentration an boviner GPx 1 keine inhibitorische Wirkung. Von wissenschaftlichem Nutzen war zudem die Erkenntnis über einen schwachen, aber nachweisbar signifikanten Synergismuseffekt des Racemats verglichen mit den isolierten Enantiomeren. Die ergänzende Beschreibung dieser noch wenig untersuchten Wirkungspotenzierung liefert einen Beitrag zum gesamtheitlichen Verständnis dieses Phänomens. Alle synthetisierten Endstufen sowie ausgewählte Zwischenstufen wurden in einer öffentlich zugänglichen Screeningplattform, dem FMP in Berlin, hinterlegt (Publikation 4). Sie haben als Gemeinsamkeit eine ausgeprägte Reaktionsbereitschaft, wodurch in zukünftigen biologischen Screenings eine gezielte oder auch zufällige Entdeckung neuartiger Interaktionen nicht abwegig ist. Die nukleophilen Verbindungen 1, 2, 4 und 5 könnten mit basischen Aminosäuren, wie dem Histidin der Serinproteasen, oder mit Metalloenzymen wechselwirken, während durch die gezielte Elektrophilie von 3 kovalente reversible Bindungen mit Cysteinresten und deren Selen-Analoga zu erwarten sind. Der Beitrag fragmentbasierter Substanzbibliotheken zur Leitstrukturentwicklung konnte am Beispiel der 4-Amidocyclopentan-1,3-diole gezeigt werden (Publikation 5). Ausgehend von acht trisubstituierten Cyclopentan-Templaten konnte die Synthese von achtzig Produkten mit zum Teil potenter Wirkung gegen mehrere Tumor-Zelllinien beschrieben werden. Die Substanzbibliothek dieser Studie demonstriert den Einsatz moderner Methoden zur Bereitstellung von Werkzeug für offene Fragen der Molekularbiologie aus einem bisher zu wenig bearbeiteten Bereich des chemischen Strukturraums. Mit Hilfe von in silico-Untersuchungen gelang eine gezielte Synthese neuartiger Inhibitoren NAD+-abhängiger Histondeacetylasen (Publikation 6). Die resultierende Klasse N1-substituierter Benzimidazolthione zeichnete sich durch erhöhte physiologische Stabilität gegenüber der Leitstruktur Splitomicin aus. Obgleich eine vollständig selektive Inhibition zwischen den Sirtuinen 1–3 nicht erreicht wurde, gelang durch die Anwendung computergestützter Methoden die Synthese eines potenten Inhibitors mit selektiver Wirkung gegen Sirtuin 1 und 2, dessen Grundgerüst als Leitstruktur weiterer Untersuchungen dienen kann.
Die Tumore im Kopf-Halsbereich bildeten eine oft vorkommende Tumorlokalisation. Einen Einfluss von geographischen Faktoren auf den Progress der Erkrankung und die medizinische Versorgung war weitestgehend unbekannt. Zur Analyse wurden Häufigkeiten, die Geschlechterverteilung und das Alter bei Diagnosestellung der Patienten mit benignen und malignen Tumoren herangezogen. Das Plattenepithelkarzinom als häufigstes Malignom wurde stellvertretend bezüglich der Lokalisationen, Beschwerdedauer, TNM-Einteilung mit Grading, Therapieverfahren, des Auftretens von Rezidiven und Zweittumoren sowie der benötigten Zeiten bis zur Diagnosestellung und Einleitung der Therapie genauer untersucht. Die Entfernungen und Fahrtzeiten mit dem Auto, dem Bus oder der Bahn zu den Hausärzten, Fachärzten und Kliniken wurden hinsichtlich des Einflusses auf den Tumorprogress analysiert. Einzelne geographische Barrieren ließen einen Rückschluss auf die Beeinflussung des Krankheitsverlaufs zu. Keine Beeinflussung und Korrelation ergab sich zwischen der initialen Tumorgröße, dem Lymphknotenstatus oder dem Differenzierungsgrad und der Fahrtzeit mit dem Auto zum Arzt oder zu einer Klinik. Bei den auswärtigen Kliniken fanden sich mit sinkender Fahrtzeit mehr Fernmetastasen, dieses lag bei kleinen Fallzahlen eher einem Fehler erster Art zugrunde und war statistisch nicht relevant. Auffällig signifikant korrelierte eine längere Fahrtzeit mit dem Auto vom Wohnort der Patienten zur Universitätsmedizin Greifswald mit dem Auftreten von Fernmetastasen. Zwischen der Autofahrtzeit zum Hausarzt, zum HNO-Facharzt oder zu auswärtigen HNO-Kliniken und einer Fernmetastasierung zeigte sich kein Zusammenhang. Aus der Fahrtzeit mit der Bahn zur Universitätsmedizin Greifswald und zu den HNO Fachärzten resultierte keine Veränderung des T-, N-, M-Stadiums oder des Grading Levels. Die Fahrtzeit mit der Bahn vom Wohnort zum Hausarzt hatte keinen Einfluss auf das T-, N- oder M-Stadium, gleiches galt für die Fahrtzeit mit der Bahn zu den HNO-Kliniken auf das T- und N-Stadium. Keine Zusammenhänge zeigten sich zwischen der Fahrtzeit mit dem Bus vom Wohnort zum HNO-Facharzt sowie zur Universitätsmedizin und dem Grading Level, wie zwischen der Fahrtzeit mit dem Bus zur Universitätsmedizin und der Tumorgröße. Geographische Hindernisse wie Insellage, das Vorhandensein einer Zugbrücke oder Fährverbindung beeinflussten nicht die Beschwerdedauer und die Zeit vom Stellen der Primärdiagnose bis zur Vorstellung in der Universitätsmedizin Greifswald. Insgesamt blieb so im Flächenland Mecklenburg – Vorpommern die medizinische Versorgung speziell im Bereich der Hausärzte, Fachärzte und Kliniken ohne große Auswirkungen auf den Tumorprogress bei den Patienten mit Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Halsbereich. Einzig innerhalb der Versorgung durch die Universitätsmedizin Greifswald zeigte sich eine Fernmetastasierung bei zunehmender Fahrtzeit mit dem Auto und sollte Anlass zur Aufrechterhaltung und Verbesserung der Gesundheitsstruktur geben.
Etablierung neuer Modelle der Expressionsminderung zur funktionellen Analyse des (Pro)Reninrezeptors
(2014)
Im Rahmen der Promotionsarbeit wurden Modelle der Expressionsminderung für In-vitro-Studien zur Wirkung des (Pro)Renin-Rezeptors ((P)RR) etabliert und Analysen hinsichtlich möglicher Effekte auf pH-Werte in Organellen im Vergleich zu den Effekten des spezifischen V-ATPase-Blockers Bafilomycin A durchgeführt. Einerseits erfolgte ein induzierter Knock-out mittels Cre/loxP-System bei embryonalen Fibroblasten der Maus (MEF), andererseits wurde als mildere Alternative eines konsequenten Knock-out eine transiente Downregulation mittels siRNA smart Pool bei Renin sezernierenden As4.1-Zellen durchgeführt. Anhand beider Modelle konnte nachgewiesen werden, dass sich eine Expressionsminderung des (P)RR sowie ein V-ATPase-Block mittels Bafilomycin A1 negativ auf das Zellüberleben und auf die Proliferation der Zellen auswirkte. Bei den (P)RR-Knock-out-MEF kam es zu keinen pH-Wert-Veränderungen, während unter der Behandlung mit Bafilomycin A1 als Ursache für das Zellsterben eine eindeutige pH-Wert-Erhöhung in späten Endosomen und Lysosomen ausgemacht werden konnte. Sekretionsanalysen zur basalen Renin- und Proreninfreisetzung und Analysen zum jeweiligen Proteingehalt der As4.1-Zellen zeigten in den (P)RR-Knock-down-Zellen keine Veränderungen. Nur der spezifische Block der V-ATPasen mittels Bafilomycin A führte zu einer gesteigerten Rate der basalen Reninfreisetzung. Untersuchungen saurer Organellen der As4.1-Zellen ergaben hingegen interessante Ergebnisse: Während ein V-ATPase-Block erwartungsgemäß zu einer geringen Fluoreszenzintensität der pH-sensitiven Farbstoffe Lysosensor und Lysotracker führte, nahm die Intensität in (P)RR-Knock-down-Zellen überraschenderweise zu. Aus diesem gegensinnigen Effekt ließe sich die Hypothese ableiten, der (P)RR sei ein natürlicher Inhibitor der V-ATPase. Die direkte Interaktion beider Proteine und die Hemmung der V-ATPase-Aktivität durch den (P)RR/ATP6ap2 bleiben jedoch durch funktionelle Analysen zu überprüfen. Die Arbeit trägt mit der Etablierung neuer Modelle der (P)RR-Depletion sowie mit den Daten zu pH-Werten in Organellen zur Aufklärung der Wirkungen des (Pro)Renin-Rezeptors bei.
Zielsetzung: Ziel der vorliegenden Untersuchung ist die Machbarkeitsprüfung und Dosisfestlegung für eine gewichtsadaptierte Kontrastmittelapplikation bei der CTA der kraniozervikalen Gefäße. Material und Methodik: Ein positives Ethikvotum (Registriernummer BB65/09) der fakultätseigenen Ethikkommission lag vor. Das Patientenkollektiv umfasste insgesamt 120 Patienten. 60 Patienten wurden prospektiv in drei Gruppen von je 20 Patienten mit gewichtsadaptierter Kontrastmittelgabe von 1,5 ml/kg, 1,0 ml/kg oder 0,5 ml/kg Körpergewicht des Kontrastmittels Visipaque 270® untersucht. Im retrospektiven Teil der Studie wurden 60 CT-Angiographien der Kopf-Hals-Gefäße ausgewertet, welche nach dem Standard-Protokoll mit 80 ml Kontrastmittel Visipaque 270® durchgeführt wurden. Die Patienten wurden hierfür nach Alter und Geschlecht passend zu den prospektiven Patienten ausgewählt („gematcht“). An definierten anatomischen Zielpositionen im kraniozervikalen Gefäßsystem erfolgte für alle CTAs eine ROI-Analyse mit Bestimmung der maximal erreichten Hounsfield-Einheiten. Hieraus wurden SNR- und CNR-Werte berechnet. Eine Subgruppenanalyse betrachtete die Unterschiede zwischen normalgewichtigen und übergewichtigen Patienten. Die subjektive Bildqualität wurde von zwei erfahrenen, verblindeten Neuroradiologen beurteilt. Ergebnisse: Zwischen Körpergewicht bzw. BMI und dem intravasalen Enhancement konnte bei Verabreichung einer Standarddosis eine negative Korrelation festgestellt werden, die bei gewichtsadaptierter Kontrastmittelgabe geringer war. Die gewichtsadaptierten Protokolle mit 1,5 ml/kg und 1,0 ml/kg waren dem Standardprotokoll teilweise überlegen, teilweise auch gleichwertig im erreichten Enhancement, während eine Dosierung von 0,5 ml/kg eine schlechtere Kontrastierung und Bildqualität ergab. Zwischen den beiden Protokollen mit 1,5 ml/kg und 1,0 ml/kg war dabei kein signifikanter Unterschied nachweisbar. Bei übergewichtigen Patienten wurde mit einer gewichtsadaptierten Dosierung von 1,5 ml/kg oder 1,0 ml/kg im Vergleich zur Standarddosis eine Verbesserung von Kontrastmittelenhancement und Bildqualität erreicht, wobei beide im Vergleich miteinander keinen signifikanten Unterschied zeigten. Bei Patienten mit einem Körpergewicht unter 80 kg wurde durch die gewichtsadaptierte Gabe von 1,0 ml/kg die applizierte Gesamtiodmenge gegenüber der Standarddosis von 80 ml Kontrastmittel reduziert bei gleichbleibendem arteriellen Enhancement und hoher subjektiver Bildqualität. Schlussfolgerung: Hieraus ergibt sich schlussfolgernd, dass für die CTA der kraniozervikalen Gefäße eine gewichtsadaptierte Kontrastmittelapplikation mit einer Dosierung von 1,0 ml/kg Körpergewicht bei einer Iodkonzentration von 270 mg Iod/ml Kontrastmittel empfohlen werden kann.
Die Sepsis ist die Haupttodesursache auf nicht kardiologischen Intensivstationen mit einer Mortalität zwischen 30-50%. Auf Grund der epidemiologischen Entwicklung unserer Gesellschaft, einer Indikationsausweitung invasiver und operativer Verfahren sowie steigender Antibiotikaresistenzen und immunsuppressiver Therapien ist die Inzidenz der Sepsis steigend. Forschungsbemühungen zur Verbesserung der Sepsistherapie haben in den letzten Jahrzehnten immer wieder erfolgsversprechende präklinische Ergebnisse in in vitro und in vivo Modellen aufzeigen können. Die Translation in den klinischen Alltag ist dabei jedoch zumeist gescheitert. Die aktuelle Sepsistherapie basiert somit nach wie vor auf den kausalen Säulen der Fokuskontrolle und antimikrobiellen Therapie. Intensivmedizinische Maßnahmen wie die hämodynamische Stabilisierung oder die Durchführung von Organersatzverfahren können definitionsgemäß nicht mehr der kausalen, sondern nur noch der supportiven oder gar adjunktiven Therapie zugeordnet werden. In den letzten Jahren ist die Alteration der endothelialen Barriere im Rahmen systemisch entzündlicher Prozesse mit der Ausbildung eines sogenannten „Capillary leakage syndrome“ mit konsekutiver Ausbildung eines Multiorganversagens auf Grund einer Organminderperfusion zunehmend in den Fokus der Grundlagenwissenschaft gerückt. Trotz dieser enormen pathophysiologischen Bedeutung ist bis heute noch keine Therapieform zur Stabilisierung der Endothelbarriere in septischen Patienten etabliert. Der parazelluläre Spalt der endothelialen Barriere wird durch Adherens- und Tight Junctions abgedichtet, wobei das Adhäsionsprotein Ve-cadherin die Hauptkomponente darstellt und somit die entscheidende Rolle in der endothelialen Integrität einnimmt. Darüberhinaus ist Ve-cadherin in die Endothel-Leukozyten-Interaktion, sowie der makromolekularen Permeabilität partizipiert und kann zusätzlich als Rezeptor für das Fibrinspaltprodukt Bbeta 15-42 dienen. Petzelbauer et al. konnten zeigen, dass eine synthetisch hergestellte Bbeta 15-42 Sequenz (FX06) den Reperfusionsschaden in einem Tiermodell des Herzinfarktes durch eine verminderte leukozytäre Transmigration als Resultat der kompetitiven Interaktion mit Ve-cadherin signifikant reduzieren konnte. In der hier vorliegenden Arbeit wurde der Hypothese nachgegangen, ob FX06 das Überleben in einem Modell der murinen polymikrobillen Sepsis, Colon ascendens Stent Peritonitis, durch eine Stabilisierung der endothelialen Barriere verbessern kann. Des Weiteren wurde der Einfluss von FX06 auf die systemische Zytokinfreisetzung untersucht. Die gewonnen Daten zeigen, dass es durch die Applikation von FX06 zu einer Stabilisierung der Endothelbarriere, vor allem in der Lunge, kommt und somit auch das Überleben signifikant verbessert ist. Das Zytokin- und Chemokinprofil wird dabei nicht durch FX06 beeinflusst. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass FX06 einen möglichen neuen therapeutischen Ansatz zur Stabilisierung der Endothelbarriere darstellt und somit das Überleben in der polymikrobiellen Sepsis verbessern könnte. Zu Evaluierung des genauen Wirkmechanismus von FX06, sowie möglichen Nebenwirkungen und Dosisfindungskurven bedarf es weiterer intensiver Forschungsanstrengungen.
Das Tragen textiler Unterziehhandschuhe ist eine Möglichkeit zur Verringerung feuchtigkeitsbedingter Hautschäden. Mit dieser Machbarkeitsstudie sollten Erfahrungen mit dem Einsatz textiler aufbereitbarer Unterziehhandschuhe im stationären Pflegebereich gesammelt und dabei insbesondere Fragen zur Logistik, Kosten, Trageeigenschaften und Akzeptanz beantwortet werden. Über drei Monate wurde auf einer Intensivpflegestation der Einsatz von Unterziehhandschuhen mit 18 Mitarbeitern getestet. Nach jedem Tragen wurden mittels Dokumentationsbogen Angaben zur Nutzung und Akzeptanz standardisiert abgefragt. Die Handschuhe wurden als Netzwäsche gemäß den Richtlinien für die Aufbereitung von Krankenhauswäsche aufbereitet und erneut zur Nutzung bereitgestellt. Während und zum Ende der Studie wurden die teilnehmenden Mitarbeiter im Rahmen einer Fragebogenerhebung ausführlich hinsichtlich ihrer Erfahrungen zur Anwendung der Baumwoll-Unterziehhandschuhe und ihrer persönlichen Beurteilung bezüglich der Trageeigenschaften befragt. Während der Studiendauer wurden 2165 Anwendungen mit einer nötigen Umlaufmenge von 687 Paar Handschuhen dokumentiert. Daraus ergab sich ein Tagesverbrauch von durchschnittlich 4 Paar pro Person. Die durchschnittliche Tragedauer betrug 28,6 min. Die Unterziehhandschuhe zeigten sich von den Trageeigenschaften und der Aufbereitbarkeit als geeignet. Die aufbereitungsbedingte Materialermüdung war gering und führte nicht zum Verlust der Trageeigenschaften; nur wenige Handschuhe mussten aussortiert werden. Bei Studienende waren noch 90,5 % der Handschuhe vorhanden und weiter einsetzbar. Die Anschaffungs- und Aufbereitungskosten betrugen für die gesamte Umlaufmenge von 687 Paar Handschuhen 973,20 Euro bzw. 0,45 Euro pro Anwendung, wenn man von einer vollständigen Abschreibung der Handschuhe mit Studienende ausgeht. Die tatsächlichen Kosten unter Einbeziehung des Restwertes der Handschuhe sind entsprechend geringer. Die Akzeptanz und Compliance zur Nutzung der Unterziehhandschuhe war bemerkenswert gut. Das lag zum einen an den Eigenschaften der Handschuhe, zum anderen an der Reduktion des Schwitzens und dem positiv empfundenen Einfluss auf die Haut der Hände. Mit der Studie konnte die Durchführbarkeit des routinemäßigen Einsatzes textiler Unterziehhandschuhe als Hautschutzmaßnahme gezeigt werden. Bei bedarfsgerechter Bereitstellung und mit entsprechender Erfahrung in der Anwendung ist die praktische Nutzung von Unterziehhandschuhen unkompliziert realisierbar. Voraussetzung sind die Aufklärung der Anwender und die Implementierung der Logistik der Aufbereitung.
Das Material Titan wird Aufgrund seiner biokompatiblen Eigenschaften für orthopädische und dentale Implantate eingesetzt. Neben der erfolgreichen Implantation kommt es jedoch in manchen Fällen zu Komplikationen. Ein Grund für die Komplikationen können Kohlenwasserstoff-Kontaminationen auf der Titanoxid-Oberfläche sein. Diese aus der Luft stammenden Kontaminationen wurden im Rahmen dieser Arbeit analysiert und deren Einfluss auf die Adsorption von Aminosäuren studiert. Als Modellsystem wurden Alkohole gewählt, da deren Konzentration in der Krankenhausluft stark erhöht ist. Zur Analyse der Adsorption auf Titanoxid wurden Isothermen im Druckbereich von 10^-6 bis 10^4 Pa mit Alkoholen und Wasser gemessen. Hierbei konnte beobachtet werden, dass die Adsorption der Alkohole bei geringerem Druck (10^-6 Pa) beginnt als die des Wassers (10^-4 Pa). Eine weitere wichtige Erkenntnis ist, dass sowohl das Wasser als auch die Alkohole schon bei Drücken adsorbieren, die unterhalb der Partialdrücke der jeweiligen Substanz in der Atmosphäre liegen. Zur Ermittlung der zugehörigen Adsorptionsenergien wurden die Daten an die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Brunauer-Emmet-Teller-Freundlich-Isotherme (BFI) angepasst. Die BFI unterscheidet sich von der klassischen Freundlichisotherme in der Beschreibung der lokalen Isothermen der heterogenen Oberfläche. So ist die klassische Freundlich-Isotherme durch eine Summe von Langmuir-Isothermen gegeben, wobei die BFI durch die Summation von lokalen BET-Isothermen entsteht. Aus der Anpassung der Rohdaten folgt, dass die Adsorptionsenergie der ersten Monolage für die Alkohole 95 kJ/mol ist und die Adsorptionsenergie des Wassers im Intervall zwischen 70 und 95 kJ/mol liegt. Sowohl der geringe Druck, bei dem Adsorption statt findet, als auch die Adsorptionsenergien zeigen, dass die Adsorption von Alkoholen aus der Luft an Titanoxid-Oberflächen thermodynamisch günstig ist. Zur Analyse der Haftstärke wurden die Alkohole des Modellsystems von der feuchten Titanoxid-Oberfläche desorbiert. Hierzu wurde die Technik der Thermischen Desorptions Spektrometrie (TDS) angewendet. Dabei wird die TiO2- Oberfläch konstant erhitzt und zu jeder Temperatur ein Massenspektrum der Desorbatgasphase gemessen. Damit im Spektrum zwischen der Oberflächenfeuchtigkeit und den Hydroxylfunktionen aus dem Alkohol unterschieden werden konnte, wurde zuerst D-Wasser und danach der Analyt-Alkohol an die Oberfläche adsorbiert. Aus den Daten der TDS wurden dann die Hauptreaktionen ermittelt und festgestellt, dass die kleinen Moleküle D2O, Methanol und Ethanol signifikant molekular desorbieren wohingegen Propanol und Butanol verstärkt zur Fragment-Desorption neigen. Beim Vergleich der Desorption der Alkohole mit Wasser wurde ermittelt, dass die Oberflächenfeuchtigkeit bei geringerer Temperatur beginnt zu desorbieren als die Alkohole. Bei erhöhter Temperatur über 600 K wurden die Desorptionsreaktionen durch den Zerfall der Desorbate überlagert. Um diese Ergebnisse quantifizieren zu können, wurden die Daten mit dem neu entwickelten RED1-Modell (Desroption mit überlagerter Reaktion) angepasst. Die Ergebnisse der Anpassung sind die Desorptionsenergien für die Alkohole (~162 kJ/mol) und für die Oberflächenfeuchtigkeit (~138 kJ/mol). Aus den Desorptionsenergien geht klar hervor, dass der Alkohol stärker an der TiO2-Oberfläche haftet als das Wasser und somit die Desorption unter physiologischen Bedingungen nicht zu erwarten ist. Außer den Desorptions-Energien wurden die Arrhenius-Parameter der Zerfallsreaktion ermittel. Diese liegen für die Alkohole und das Wasser in der gleichen Größenordnung (k0,rkt=0.07-7.22 s-1 und Erkt=26.91-43.33 kJ/mol). Zum Ende der Arbeit wurde der Einfluss der Kohlenwasserstoffschicht auf die Adsorption von Aminosäuren untersucht. Hierzu wurden die Oberflächen mit verschiedenen Methoden gereinigt, so dass die Adsorption auf der mit Kohlenwasserstoffen kontaminierten Oberfläche mit der Adsorption auf Oberflächen mit reduziertem Kohlenwasserstoffanteil verglichen werden konnte. Die Messungen zeigen, dass die Änderungen der Bedeckungen bei Adsorption auf kontaminierten Oberflächen kleiner sind als auf Oberflächen mit reduziertem Kohlenwasserstoff-Anteil. Dieser Effekt scheint in der Seitenkette der Aminosäure begründet zu sein. Die Kontamination scheint somit die Adsorption von Biomolekülen zu behindern. Unabhängig von dieser Arbeit konnten G. Müller et. al. zeigen51, dass mehr Zellen des Modellstamms für humane Osteoblasten MG63 auf der Oberfläche einer Titanlegierung gebunden werden, wenn der Kohlenwasserstoff-Anteil auf der Oberfläche reduziert ist. Da beide Arbeiten unabhängig und mit unterschiedlichen Methoden ein vergleichbares Ergebnis liefern, kann davon ausgegangen werden, dass die Luft im Operationssaal einen entscheidenden Einfluss auf den Erfolg der Implantation hat.
During the past decade, various physical properties of the Yukawa ball, like structure and energy states, were unraveled using experiments. However, the dynamical features served further attention. Therefore, the main aim of my thesis was to investigate and understand how a finite system-represented by Yukawa clusters-evolves from a solid, crystalline structure to a liquid-like system, how it behaves in this phase and in what manner the reordering back into the solid state can be described. As a method of choice to reach this goal, laser heating has been proven successful. Moreover, the special importance of wakefields for dust clusters confined at low neutral gas pressure was addressed. Melting of finite dust clouds can be induced in two ways, either by altering the properties of the ambient plasma or by laser heating. The latter was shown to be a generic melting scenario, allowing to estimate a critical coupling parameter at the melting point. Moreover, the melting transition of finite 3D dust systems was found to be a two-step process where angular order is lost before the radial order starts to diminish at higher energies. Next, the mode dynamics of finite 3D dust ensembles in the solid and the liquid phase was studied. Crystal and fluid modes revealed the main spectral properties of the system. The normal modes are mainly suited to describe crystalline states. Fluid modes were excited naturally and via laser heating, with excitation frequencies almost independent of the coupling parameter in the solid and the liquid-like regime. Tuning the plasma parameters can be used to vary the particle-particle interaction via the ion focus. Both methods, even though assuming equilibrium situations, allowed to hint at these wakefields. The corresponding peaks in the fluid and normal mode spectra were no eigenmodes, confirming the nonequilibrium character of the ion focusing effect. First steps to extend the normal mode theory to achieve the dynamics of wake-affected nonequilibrium dust clusters were presented. Statistical quantities were obtained evaluating long-run experiments and transport coeffcients for finite dust systems were calculated via the instantaneous normal mode technique. Diffusion was found considerably higher for 3D than for 2D dust clusters. Using the configurational entropy, we have shown that in 2D and 3D disorder increases with increasing size of the system, in agreement with simulations. The temperature dependence of the configurational entropy differs for 2D and 3D dust clouds, with a threshold behavior found for finite 2D ensembles only. Finally, using instantaneous normal modes to reveal the total fraction of unstable modes, the predictive connection of Keyes (Phys Rev E 62, p7905, 2000), between transport and disorder was tested and verified for 2D, but not for 3D clusters. The reason for this has to be left open. Finally, laser-mediated recrystallization processes of finite 3D dust clouds were investigated. First, the temporal evolution of the Coulomb coupling parameter was traced during heating and recrystallization. A cooling rate has been determined from the initial phase of recrystallization. This cooling rate is lower than damping by the neutral gas, in agreement with simulations. We have observed a large fraction of metastable states for the final cluster configurations. Further, we have revealed that the time scale for the correlation buildup in the finite 3D ensemble was on even slower scales than cooling. Thus, different time scales can be attributed to the fast emergence of the shells and to the slower individual ordering within the shells.
The central aim of this thesis was the investigation of protein/polyanion interaction using circular dichroism (CD) spectroscopy, enzyme immune assay (EIA), isothermal titration calorimetry (ITC) and flow cytometry (FC). A further aim was to understand why an endogenous protein becomes immuno-genic when forming a complex. The focus was on the protein platelet factor (PF4), which gained wide interest in the clinical field, due to its role in the life-threatening, immune-driven, adverse drug effect heparin-induced thrombocytopenia (HIT). PF4 is a small homotetrameric chemokine with several basic amino acids on its surface, forming a positively charged ring. The antibodies that are formed during HIT recognize an epitope exposed on PF4, when it is in a complex with heparin at a certain molar ratio at which, PF4 tetramers are aligned on the heparin and forced into close approximation. The main results and conclusions of the thesis are summarized below: 5.1 Evolutionary Conservation of PF4 (Paper I – PF4/Evolution) By carrying out an amino acid sequence survey we found that the positively charged amino acids contributing to the heparin binding site on the surface of PF4 and related proteins are highly conserved in all vertebrates, including fish species. PF4 interacts with the phospholipid lipid A, the innermost part of the lipopolysaccharide (LPS) of Gram negative bacteria. We showed that the shorter the sugar chain of the O antigen, outer and inner core of the LPS were the more PF4 was binding. The interaction of PF4 with lipid A is inhibited by heparin, suggesting that the amino acids known to contribute to heparin binding are also involved in binding to lipid A. 5.2 PF4 Interaction with Polyanions (PA) of varying Length and Degree of Sulfation (Paper II – PF4/PA) CD spectroscopy was found to be a powerful technique to monitor structural changes of PF4 caused by binding to various clinically relevant polyanions. Therefore PF4 was titrated with different PA to investigate the dependencies: i. impact of the PF4:PA molar ratio, ii. degree of polymerization of the PA and iii. degree of sulfation of the PA. In all cases, exposure of HIT-relevant epitope(s) was only observed for PA that also induced changes in secondary structure of PF4. A comparison of results of an immune ¬assay with CD spectroscopic data showed that the extent of complex anti¬genicity correlates well with the magnitude of changes in PF4 secondary structure, and that the structural changes of PF4 have to exceed a certain threshold to achieve PF4/PA complex antigenicity. These findings allowed us to calculate expectation intervals for complex antigenicity solely using CD spectroscopic data. To our knowledge, this was the first demonstration that the capability of drugs to induce antigenicity of PF4 can be assessed without the necessity of in vivo studies or the use of antibodies obtained from immunized patients specific for the antigens. The antigenicity of PF4 in complex is not restricted to negative charges originating from sulfate groups, PA with phosphate groups are also capable (binding to phospholipids). We investigated inorganic polyphosphates (polyP) with a chain length of 75 Pi and showed that the induced secondary structural changes are even higher compared to the changes induced by the different heparins and that the PF4/P75 complexes are antigenic as well. 5.3 PF4 Interaction with defined oligomeric Heparins (Paper III – PF4/defined Heparins) We tested highly purified, monodisperse heparins. In contrast to the clinically relevant but relatively undefined (high polydispersity index) glycosamino glycans reported in paper II (PF4/PA). The defined heparins induced higher secondary structural changes. Here we showed for the first time that strong conformational changes during PF4/PA complex formation are necessary but not sufficient for to the expression of the anti-PF4/heparin antibody binding site. Also, the size of the complexes is not the only prerequisite for anti-PF4/heparin antibody binding (tested by atomic force microscopy). By ITC we found that antigenicity is only induced if the PF4/PA complex has a high binding enthalpy and the complex formation leads to a negative change in entropy. 5.4 PF4/Polyphosphates (polyP) Complex Antigenicity and Interaction with Escherichia coli (E. coli, Paper IV – PF4/polyP) PolyP with chain lengths of 45 Pi and 75 Pi induced remarkable secondary structural changes in the PF4 molecule, thereby exposing the epitope recognized by anti-PF4/heparin antibodies. The induced conformational changes were similar to the changes induced by the defined heparins. Again a high binding enthalpy was observed but here in connection with a positive change in entropy. Further we showed that polyP (≥45 Pi) enhance PF4 binding to the surface of Gram negative E. coli at intermediate concentration and disrupt the binding at elevated polyP concentrations. The increased amounts of PF4 on the bacterial surface also improved the binding of anti-PF4/heparin antibodies and thereby the phagocytosis of the bacteria by poly¬morpho¬nuclear leucocytes. 5.5 Nucleic acid based Aptamers induce structural Changes in the PF4 Molecule (Paper V – PF4/Aptamer) Nucleic acids are another class of molecules containing phosphate groups. Especially after cell damage their extra¬cellular concentration can be locally quite high (>2 mg/ml). We found that certain aptamers form complexes with PF4 and thereby inducing anti-PF4/aptamer antibodies which cross-react with PF4/heparin complexes. Moreover by CD spectroscopy we showed that the protein C-aptamer caused similar secondary structural changes of PF4 like heparin, but already at much lower concentration. The maximally induced changes by the protein-C aptamer were even higher and persisted over a broader concentration range. 5.6 Protamine Interaction with Heparin (Paper VI – PS/Heparin) After the intensive investigation of the complex formation between PF4 and many different classes of PA we assessed another protein for structural changes upon complex formation with heparin. Protamine (PS) a protein in routinely used in post-cardiac surgery to reverse the anticoagulant effects of heparin was found to unfold but not to refold with increasing concentration of PA in solution. 5.7 Conclusion and Outlook When starting this thesis, it was believed that repetitive structures formed by PF4 on a heparin chain mold the epitope recognized by antibodies inducing HIT. These repetitive structures might exhibit similarities with viral capsids and are therefore recognized by the immune system of some patients. We found that induced by the close approximation PF4 changes its conformation, thereby exposing a neoepitope. The conserved positively charged amino acids of the heparin binding site and the involvement of these amino acids in the binding to lipid A confirm our hypothesis of PF4 as part of an ancient immune-mediated host defense mechanism. As possible consequence of the “primitive mechanism of defense” the highly variable O-antigens of LPS might have significantly contributed to an efficient escape mechanism by hiding the structures that made the bacteria vulnerable. In turn polyP might be an adaption of the host improve pathogen recognition by PF4 and further by antibodies inducing phagocytosis of the PF4-marked objects. Although shown only for PF4 and PS, our findings might be applicable to other proteins that also express epitopes upon changes in their secondary structure. Our physicochemical methods may further be applied: i. to drug development for the prediction of antigenicity induced by polyanionic drugs, ii. to guide the development of synthetic heparins and other polyanion based drugs, e.g. aptamers, that do not lead to HIT and iii. to provide relevant aspects for other biological functions of heparins.
The extraction of raw materials in mining, as for example copper, generally requires a separation of the natural resources quarried. In most cases complex ores, mixtures of different minerals and gangue have to be separated in order to enable an economic processing. In particular for the extraction of sulfides, oxides, carbonates, phosphates, but also of coal, froth flotation is mainly used for this purpose, therefore it is considered as the most important separation process in raw material industries. Several billion tons of ores are processed annually. The principle of flotation is based on the surface properties of the mixtures components and the separation efficiency, which decisively determines the required amount of water and various chemicals, if nothing else, is an important criterion in mineral exploration and it also significantly influences the environmental impact of mineral processing. The aim of, this work was to investigate the influence, of, low-temperature plasmas on the mineral surface and, based on the acquired knowledge, to develop and verify strategies that would increase the efficiency of flotation processes through plasma pre-treatment of mineral mixtures. Since these studies are unprecedented, the results presented can be classified as a contribution to application-oriented basic research. Powder of the sulfide minerals, pyrite (FeS2), chalcopyrite (CuFeS2), chalcocite (Cu2S) and molybdenum sulfide (MoS2), were treated with plasmas of a radiofrequency and a microwave discharge and the resulting surface modifications were investigated by structure analysis such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray diffraction (XRD). During the plasma process, the argon/oxygen and argon/hydrogen process gas mixtures used were analyzed by mass spectrometry (MS), taking into account the quantity of gaseous reaction products released, in order to estimate the rate at which chemical reactions occur. Furthermore, Langmuir and thermal probes, as well as different methods of optical emission spectrometry (OES) were utilized, which enabled a characterization of the discharges used with regard to different plasma parameters. It has been shown that sulfur dioxide (SO2) in Ar/O2 plasmas and hydrogen sulfide (H2S) in Ar/H2 plasmas are the only reaction products which can be detected by MS during the mineral treatments. Thus, the resulting sulfur rate loss could be time-resolved determined by means of additional calibrations with calibrating gases. Especially at Ar/O2-MW plasma treatments two fundamental mechanisms of mineral modification could be separated by time. Pure plasma-surface interactions at the beginning and, additionally, thermally induced reactions in during the evolution of the treatments. Comparisons regarding the relative sulfur loss during plasma-surface interactions between the investigated minerals have shown a strong influence of the process parameters whereas, under identical conditions, CuFeS2 reacted up to eight and nineteen times faster reacted than FeS2 or Cu2S. This result represents the basis of the strategy to optimize the flotation of the minerals investigated: The selective generation of oxides on the surface of one component in a mixture of sulphide minerals. In particular, at the separation of CuFeS2/FeS2 mixtures by using the oxide collectors Flotinor Fs-2 in a micro flotation cell, a high selectivity could be achieved. The recovery of CuFeS2 amounted to 100 % while less than 10 % of FeS2 was recovered and no other modifying reagents were used. XPS and XRD analyses indicate the possibility that metal oxide are created upon the CuFeS2 surface, while the formation of iron sulfates upon the FeS2 surface prevented the oxide collector adsorption. An increased intensity of the plasma treatment leads to an increased sulphate formation also on CuFeS2, whereas the recovery, and thus the selectivity of the flotation, was reduced again. It could be shown that this effect can be utilized for the separation of, CuFeS2/MoS2 mixtures by using both, oxide and sulfide collectors, because sulfates are not formed on molybdenum sulfide during Ar/O2 plasmas treatments. By means of the plasma diagnostics used the energy input onto the substrate, the gas temperature and the degree of dissociation of molecular gases were estimated and correlations regarding the surface modification have been worked out. Thereby, the region investigated within the parameter space could be enlarged due to the use of different excitation frequencies, 13.56 MHz and 2.45 GHz, and additional insights have been provided. Further studies, beyond the scope of this work, are, nevertheless, required in order to generate a more comprehensive picture of plasma-mineral interactions and to enable an optimal application of the obtained results.
The systemic renin-angiotensin system (RAS) is an endocrine system that is mainly known to regulate blood pressure, fluid and electrolyte balance as well as volume homeostasis in the body through different active metabolites, the angiotensin (Ang) peptides. In addition, local renin-angiotensin systems have been discovered in various tissues, including the islet of Langerhans. Starting with angiotensinogen, the precursor of all angiotensin peptides which is cleaved into the decapeptide Ang I by renin, the RAS is divided into three axes. The main classical RAS axis is composed of angiotensin converting enzyme (ACE), angiotensin (Ang) II, and the Ang II type 1 receptor (AT1R), whereas the two alternative RAS axes comprise either ACE2, Ang-(1-7) and the receptor Mas or the aminopeptidase N (APN), Ang IV and the insulin-regulated aminopeptidase (IRAP). The activation of the main ACE/Ang II/AT1R RAS axis has been associated with metabolic syndrome, type 2 diabetes mellitus, and islet dysfunction. The detrimental effects resulting from the pathological activation of this axis have been shown to be attenuated or even abolished by the pharmacological inhibition of components of the main RAS axis. However, the impact of the two alternative ACE2/Ang-(1-7)/Mas and APN/Ang IV/IRAP RAS axes on islet function is less well understood. Previous studies mainly focused on the possible protective actions of Ang-(1-7) via the receptor Mas in insulin-sensitive tissues and on well known risk factors of metabolic syndrome (insulin resistance, hyperglycemia, obesity, hypertension and dyslipidemia). Thus, the impact of this axis on β-cell function and, in particular, insulin production and release was examined in the present study. Glucose and fatty acids have been subjects of diabetic research because they are established pathophysiologically relevant features of the metabolic syndrome and are known to harm β cells, phenomena which are referred to as gluco- or lipotoxicity, respectively. The pathophysiologically relevant factors glucose, saturated fatty acid (FA) palmitic acid (PA), and the methyl ester of the omega-3 fatty acid docosahexaenoic acid (DHA-ME) were used in the present study to characterize the local β-cell RAS as well as β-cell function under pathophysiological conditions. Results of the present work demonstrate the expression of selected components of the RAS in isolated murine islets of Langerhans and the rat insulinoma cell line BRIN-BD11 under basal conditions. The alternative ACE2/Ang-(1-7)/Mas and APN/Ang IV/IRAP RAS axes were activated by high glucose in BRIN-BD11 cells after 24 h. Coincidently with these findings insulin production was found to be increased. In contrast, the expression of components of the main ACE/Ang II/AT1R RAS axis and the Ang II type 2 receptor (AT2R) were not affected under the same conditions (Härdtner et al., 2013). Both FAs, PA and DHA-ME were shown to alter the expression of components of the renin-angiotensin system in BRIN-BD11 cells. PA increased the expression of AT1R, the receptor of the main RAS axis, and of AT2R, whereas that of the receptor of the alternative ACE2/Ang-(1-7)/Mas RAS axis, Mas, appeared to be down-regulated at basal low glucose concentrations (5.5 mM). These effects were accompanied by a dose-dependent reduction of the insulin production and secretion. In contrast, DHA-ME augmented the expression of components of the ACE2/Ang-(1-7)/Mas axis and IRAP at low glucose concentrations, an effect which could be partially enhanced under high glucose conditions (25 mM). At basal glucose concentrations DHA-ME reduced the insulin secretion, whereas it was increased under high glucose conditions. However, the insulin mRNA amount remained unaffected by DHA-ME. Additionally, in contrast to glucose and palmitic acid, DHA-ME significantly increased the production of reactive oxygen species, at least hydrogen peroxide after 30 min. Expression alterations of components of the alternative ACE2/Ang-(1-7)/Mas RAS axis by glucose and PA correlated strongly with the corresponding insulin secretion and production. Therefore, an involvement of the ACE2/Ang-(1-7)/Mas RAS axis in the regulation of insulin secretion and production was hypothesized and validated in primary islets of Langerhans of both Mas-deficient and wild-type mice. Islets were exposed to the preferred natural ligand for Mas, Ang-(1-7), or to its pharmacological agonists or antagonists, respectively....
Ziel dieser Arbeit war es, cerebrale Hirnaktivitätsmuster assoziiert mit dem Schluckakt von jungen Gesunden, räumlich und zeitlich zu erfassen. Darüber hinaus wurde die Möglichkeit einer gemeinsamen neuronalen Struktur zwischen Kiefergelenkbewegun- gen (Okklusion) und Schluckakt untersucht. Im Anschluss befasste sich diese Studie mit der Änderung der cortikalen Schluckrepräsentation im Alter. Es wurden hierzu junge und alte, gesunde Versuchspersonen mit Hilfe der fMRT-Bildgebung während der Schluckaufgabe untersucht. Um die Spezifität des Schlucknetzwerkes zu testen wurden als Kontrollparadigma die Kiefergelenkbewegungen bei jungen Gesunden ge- messen. Voruntersuchungen zeigten, dass sich eine Erhöhung des allgemeinen fMRT- Aktivierungsniveaus schon allein durch eine Erhöhung der Anstrengung zu erklären ist. Um diesen Faktor zu kontrollieren wurden während der fMRT-Untersuchung phy- siologische Parameter aufgezeichnet, die mit der Anstrengung korrelieren. Insgesamt wurden für die Okklusion und das Schlucken ein vergleichbares Repräsentationsmus- ter gefunden, jedoch waren mehr neuronale Ressourcen erforderlich um den Schluck- akt durchzuführen. Die peripherphysiologische Messung zeigte, dass diese Mehrakti- vierung nicht auf eine verstärkte Anstrengung der Aufgabe zurückzuführen war. Erst- malig wurde mittels fMRT eine Repräsentation im Hirnstamm für Schlucken und Ok- klusion nachgewiesen. Die Hirnstammaktivierung erfolgte in dem sensorischen Kern des Nervus trigeminus, sowie dem Nucleus tractus solitarii beim Schlucken und dem Nucleus trigemini bei der Okklusion. Um die zeitliche Abfolge des Schluckens in ihrer Repräsentation zu untersuchen, wurde eine zeitlich optimierte fMRT-Messung aufgenommen. Durch die zeitliche Analyse konnten wir nachweisen, dass eine auf- einanderfolgende Aktivierung stattfand, beginnend im prämotorischem Cortex mit Übergang zum supplementär-motorischem Areal, gefolgt vom primären sensomoto- rischem Cortex, der Insula und dem Cerebellum und letztlich der Aktivierung in der Pons. Zudem wurde mittels effektiver Konnektivitätsanalyse nachgewiesen, dass ein Modell mit zwei Eingängen, ein zum supplementär-motorischem Areal und der an- dere zum primären motorisch-somatosensorischem Cortex, die wahrscheinlichste Er- klärung zeitlich aufeinander folgender Aktivierungsprozesse darstellt. Zur Auswer- tung der Daten hinsichtlich der Änderung der Schluckrepräsentation im Alter wur- den sowohl klassische als auch Bayes-statistische Verfahren verwendet. Die klassische Inferenz ist konservativer und die Bayes-Statistik spezifischer. Zudem wird mit letz- terer das Problem der multiplen Vergleiche vermieden. Den einzigen Unterschied im Gruppenvergleich lieferte die Bayes-Statistik mit einer signifikanten Aktivierung im Frontalpol 1 der Brodmann Area 10. Während der Schluckaufgabe zeigten Senioren eine verlängerte Schluckdauer und eine erhöhte elektrodermale Aktivität (EDA). Zu- sätzlich zeigte die Korrelation von EDA und fMRT-Daten bei Senioren eine positive Assoziation in Bereichen der sensomotorischen Verarbeitung, Erregbarkeit und emo- tionalen Empfindung. Die Ergebnisse der Senioren weisen darauf hin, dass das hoch automatisierte Schlucknetzwerk seine Fähigkeiten im Alter konstant beibehält. Die er- höhte Aktivierung bei den älteren Versuchspersonen könnte möglicherweise mit der erhöhten Erregbarkeit und Aufmerksamkeitsanforderung zusammen hängen, die sich aus den EDA-Daten ableiten lässt.
Unfälle im Straßenverkehr sind die führende Todesursache bei jungen Erwachsenen. Junge Verkehrsteilnehmer sind überproportional häufig in der Unfallstatistik vertreten. Die Zahl dieser Unfalltoten zu reduzieren ist das Ziel von zu etablierenden oder bereits etablierten Verkehrssicherheitsmaßnahmen. Der Nutzen und der Impact hängen im hohen Maße von der Akzeptanz und dem Verständnis der Maßnahmen durch den Verkehrsteilnehmer ab. Besonders fahrzeugbasierte Sicherheitsmaßnahmen muss der Verkehrsteilnehmer selbst finanzieren und anwenden. Die Übertragung evident wirksamer Sicherheitsmaßnahmen „in die Köpfe“ der Menschen ist der Schlüssel zur erhöhten Wirksamkeit einer Maßnahme. In der vorliegenden Untersuchung wurden Studenten im Alter zwischen 18 und 30 Jahren der Fachhochschule Stralsund und der Ernst-Moritz-Arndt Universität Greifswald befragt. Neben demographischen Angaben und dem Motorisierungsstatus wurden die Bewertungen verschiedener Verkehrssicherheitsmaßnahmen hinsichtlich deren Potentials zur Reduktion von Verkehrsunfällen mit Personenschaden untersucht. Des Weiteren wurde die Präferenz einzelner fahrzeugbasierter Sicherheitsmaßnahmen erfragt. Hierbei konnte festgestellt werden, dass die gefühlte Wirksamkeit weitestgehend unabhängig von der objektiven Wirksamkeit beurteilt wurde. Vielmehr wurden Verkehrssicherheitsmaßnahmen, die keine direkten Auswirkungen auf das persönliche Fahrverhalten haben, signifikant besser bewertet als Maßnahmen welche das eigene Fahrverhalten beeinflussen. Die Hochrisikogruppe von jungen, männlichen und motorisierten Fahrern bewertete Verkehrssicherheitsmaßnahmen konstant schlechter als die Vergleichsgruppe. Eine eindeutige altersabhängige Bewertung konnte nicht festgestellt werden. Um die weiterhin hohen Unfallzahlen zu senken muss der Verkehrsteilnehmer vom Nutzen von Verkehrssicherheitsmaßnahmen überzeugt und vermehrt über bestehende Risiken aufgeklärt werden. Besonders Social Marketing-Konzepte gilt es altersbezogen an die Hochrisikogruppe der jungen Fahrer anzupassen. Verkehrsteilnehmer müssen von evident wirksamen Maßnahmen überzeugt werden auch wenn diese sie in ihren persönlichen Freiheiten einschränken.
Magnetic reconnection is a fundamental plasma process where a change in field line connectivity occurs in a current sheet at the boundary between regions of opposing magnetic fields. In this process, energy stored in the magnetic field is converted into kinetic and thermal energy, which provides a source of plasma heating and energetic particles. Magnetic reconnection plays a key role in many space and laboratory plasma phenomena, e.g. solar flares, Earth’s magnetopause dynamics and instabilities in tokamaks. A new linear device (VINETAII) has been designed for the study of the fundamental physical processes involved in magnetic reconnection. The plasma parameters are such that magnetic reconnection occurs in a collision-dominated regime. A plasma gun creates a localized current sheet, and magnetic reconnection is driven by modulating the plasma current and the magnetic field structure. The plasma current is shown to flow in response to a combination of an externally induced electric field and electrostatic fields in the plasma, and is highly affected by axial sheath boundary conditions. Further, the current is changed by an additional axial magnetic field (guide field), and the current sheet geometry was demonstrated to be set by a combination of magnetic mapping and cross-field plasma diffusion. With increasing distance from the plasma gun, magnetic mapping results in an increase of the current sheet length and a decrease of the width. The control parameter is the ratio of the guide field to the reconnection magnetic field strength. Cross-field plasma diffusion leads to a radial expansion of the current sheet at low guide fields. Plasma currents are also observed in the azimuthal plane and were found to originate from a combination of the field-aligned current component and the diamagnetic current generated by steep in-plane pressure gradients in combination with the guide field. The reconnection rate, defined via the inductive electric field, is shown to be directly linked to the time-derivative of the plasma current. The reconnection rate decreases with increasing ratio of the guide field to the reconnection magnetic field strength, which is attributed to the plasma current dependency on axial boundary conditions and the plasma gun discharge. The above outlined results offer insights into the complex interaction between magnetic fields, electric fields, and the localized current flows during reconnection.
Governance and Management of Tourism in two Biosphere Reserves in Ecuador: Galapagos and Sumaco
(2014)
Tourism is multi-faceted phenomenon and various stakeholders, levels of government, and sectors are closely interlinked. Governmental and non-governmental institutions, local communities, diverse professionals, and different sectors and tourists do show various perspectives about the management of tourism. In this dissertation, a comprehensive analysis on the current situation of tourism in two biosphere reserves (Galapagos and Sumaco) in Ecuador is presented. Tourism is considered as one of the key strategies to promote environmental conservation and socio-economic development of local communities living in these places. UNESCO biosphere reserves are protected areas of extraordinary natural and cultural value, conceived as places for reconciliation between conservation and development. The concept of sustainable tourism can be seen as an umbrella that unites various forms of tourism in these protected areas (e.g. ecotourism, community-based tourism). The primary objective was to evaluate the main factors of success and failure in the management of tourism and its contribution to biodiversity conservation. Thus, a detailed review of the legal, political, and institutional framework of the country and a description of the two biosphere reserves (physical, biogeographic, demographic, socio-economic, institutional and legal elements) was given. Data collection for the case studies (Galapagos and Sumaco) was performed by the combination of qualitative and quantitative methods. As for qualitative tools, in-depth semi-structured interviews with the main stakeholders in both biosphere reserves were applied. Experts and specialists in the management of protected areas, as well as representatives of different sectors directly and indirectly associated with tourism were interviewed. Moreover, surveys were applied to two different target groups. Tourists were surveyed in order to establish their socio-demographic profile, travel preferences, and degree of knowledge about sustainable tourism, as well as their perception of the sustainability of tourism in the destinations visited. Furthermore, residents in both reserves were surveyed in order to find out about their socio-demographic characteristics, their main economic activities for supporting themselves and their attitude towards tourism, their level of knowledge about biosphere reserves, and their perception about advantages or disadvantages of living in a biosphere reserve. In general, although tourism is a concept that could be developed in accordance with the environment in these natural areas, in the case of Galapagos it is one of the main risk factors for the conservation of biodiversity in the archipelago due to the increasing number of tourists. In contrast, in Sumaco tourism could be an important sustainable alternative to mining, oil extraction and hydroelectric projects, which are the current threats to the conservation of the area. From the environmental point of view, there are serious problems in both reserves, mainly linked to the contamination of water resources. Such pollution imposes risks to the health to both, residents and tourists. The lack of freshwater is particularly critical in Galapagos, given its insular habitat. The invasion of exotic species in Galapagos is one of the most serious threats to the conservation, while deforestation in combination with illegal logging and mining activities is the greatest danger in Sumaco. In terms of sociocultural factors, migration processes undoubtedly shape the attitudes and values of the current population in both reserves. In Galapagos most residents are immigrants, whereas in Sumaco a significant portion are Kichwa people who belong to the area’s native population. In general, the inhabitants in both areas have not yet developed a true environmental awareness. The distribution of human population groups is also associated with the different types of tourism. In both reserves, tourist services offered by local communities have low quality standards and are targeted on a market segment consisting of tourists with a low budget. Thus, the community revenues obtained from tourism are generally only a small percentage of the total tourism market. This situation is much more noticeable in Galapagos where large companies that operate luxury cruises and hotels gain most of their revenues from tourism. Many of them have their headquarters in the main cities of Ecuador and abroad, which means that they pay their taxes in those cities and not in the places where they operate. Inequality in the distribution of the economic benefits of tourism leads to a situation of frustration and discontentment among the residents of the regions involved. Despite this situation, tourism is still a profitable business and residents try to make the most of it, no matter the cost impacts. Temporary and illegal tourism activities is often the normal state of the things: unregistered houses that offer rooms for tourists, taxi drivers who offer tours without being in possession of permits, tourist boat owners, tour guides and even large tourist companies that operate without legal licenses. This situation inevitably leads to a decrease of the quality of services, an uncontrolled increase of business, a consequent dumping of prices and the overall decline of the destination. Ultimately, this means fewer tourists, more environmental degradation and less economic benefits for residents. In this context, there is a serious conflict between the local community and large foreign companies. Governance and management of tourism are essential elements to ensure its development in a sustainable way. The country has a large number of laws, rules, regulations, and plans that regulate the development of sustainable tourism legally and institutionally, especially in protected areas. However, monitoring and law enforcement are major constraints for achieving proper management of tourism. This problem is particularly noticeable in small communities such as Galapagos and Sumaco where interpersonal relationships of kinship and friendship are close, which complicates control and regulation. There are some serious limitations regarding the technical and logistical capacity of the institutions responsible for controlling and managing the tourist activity; they consist mainly in the lack of staff and funding. Galapagos, given its special status, has increased the number of funding managers and staff members for controlling and management, but in many cases, these people are not fully qualified for their positions. Sumaco has only few tourism experts who can help to develop the tourism. The coordination and planning among all stakeholders involved in tourism is still a work in progress to ensure proper management of the tourist destinations. In any case, local communities are developing important initiatives in both biosphere reserves. After all, sometimes planning, coordination and local activities do not necessarily coincide with the national agenda. In general, in both biosphere reserves it is necessary to ensure higher standards of education, both formal and informal. Also it is urgent that the government as a regulating entity ensures the equitable participation of local communities in tourism benefits, control, monitoring, and law enforcement. Moreover, there is the need to encourage and ensure integrated planning of tourism in the different levels of government: local, regional, and national. Sustainable tourism means that the protection of cultural heritage and natural resources is granted at least the same level of importance as the involved economic interests. The unique nature that currently attracts tourists to Galapagos and Sumaco should be preserved not only for ensuring the continuity of the tourism activity itself, but also in order to safeguard biodiversity and natural resources for the coming generations. Responsible tourism practices which care about their social and environmental impacts are not necessarily opposed to economic interests. On the contrary, they need each other for a long-term development.
In the PhD-thesis a conditional random field approach and its implementation is presented to predict the interaction sites of protein homo- and heterodimers using the spatial structure of one protein partner from a complex. The method includes a substantially simple edge feature model. A novel node feature class is introduced that is called -change in free energy-. The Online Large-Margin algorithm is adapted in order to train the model parameters given a classified reference set of proteins. A significantly higher prediction accuracy is achieved by combining our new node feature class with the standard node feature class relative accessible surface area. The quality of the predictions is measured by computing the area under the receiver operating characteristic.
In der untersuchten Literatur ist der Nutzen einer Osteoporoseprophylaxe mittels Vitamin D und Calcium bei einem vorbestehenden Mangel ausreichend belegt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die kutane Vitamin-D-Synthese über das gesamte Jahr plus die Zufuhr über die Nahrung bei unseren Patienten insgesamt unzureichend ist und bestätigen den ausgeprägten Vitamin-D-Mangel bei unseren Patienten. Dieser Mangel ist bei Patienten mit osteoporosetypischer Fraktur (aktuell oder anamnestisch) signifikant ausgeprägter als in der Vergleichsgruppe. Es konnte bestätigt werden, dass der Vitamin-D-Serumspiegel mit zunehmendem Alter abfällt und auch eine nachlassende Mobilität als Risikofaktor für eine Hypovitaminose D zu werten ist. Prinzipiell ist die zusätzliche Zufuhr jeder einzelnen Vitamin-D-Einheit wünschenswert, der angestrebte Effekt ist aber am besten für eine Dosierung von mindestens 800 bis 2000 IE Vitamin D dokumentiert. Der Mangel ist bei den untersuchten Patienten so weit verbreitet, dass die allgemeine Vitamin-D-Prophylaxe für alle Patienten älter 60 Jahre mit täglich 800 bis 2000 IE Vitamin D empfohlen wird. Die zusätzliche Gabe von 1000 mg Calcium (bei calciumarmer Ernährung) täglich unterstützt die Wirkung und schützt vor der Mobilisation von Calcium aus den Knochen. Ein Nutzen einer Gesamtcalciumzufuhr von über 1500mg ist nicht belegt. Zum Status der Osteoporoseprophylaxe bzw. –therapie lässt sich festhalten, dass die Versorgungssituation in Greifswald zum untersuchten Zeitpunkt als unzureichend bezeichnet werden muss. Insbesondere die Tatsache, dass lediglich 6,5 % der Patienten mit Zustand nach zurückliegender osteoporosetypischer Fraktur bei der stationären Aufnahme in der Abteilung für Unfallchirurgie eine entsprechende Therapie im Vorfeld erhalten haben, ist alarmierend. Die Daten der unfallchirurgischen Patienten bezüglich der Osteoporoseprophylaxe bzw. –therapie konnte durch die Analyse der SHIP 0 Daten eindrucksvoll bestätigt werden. Durch die Miteinbeziehung der Daten der SHIP I- Studie konnte bereits eine deutlich positive Entwicklung in einem 5-Jahreszeitraum aufgezeigt werden. Die vorgelegte Arbeit zieht eine Zwischenbilanz, die alarmierend ist. Die Aufklärung von Ärzteschaft und Patienten unter Einbeziehung der Medien ist obligatorisch; die Osteoporose wird wesentlicher Betrachtungs- und Untersuchungsgegenstand der Versorgungsforschung im jetzigen Dezennium sein.
Natürliche Metabolite sind Ausgangsstoff für eine Reihe von Arzneimitteln wie zum Beispiel Antibiotika. Doch bis zur Anwendung am Menschen sind viele Analyseschritte notwendig. Da viele Naturstoffe nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung gestellt werden können, wird deren Funktionsanalyse und Anwendung erschwert. Für dieses Defizit sind im Wesentlichen zwei Ursachen zu nennen. Entweder ist eine Vielzahl der Produzenten nicht kultivierbar oder eine ausreichende Synthese ist unter Laborbedingungen im Ausgangsstamm nicht möglich. Aus diesem Grund sind alternative Strategien wie zum Beispiel eine heterologe Expression dieser Synthese-Cluster in geeigneten Wirten notwendig. Dies war der Ansatzpunkt für die vorliegende Arbeit. Eine besondere Bedeutung innerhalb der Naturstoffe kommt der strukturell diversen und mitunter sehr komplexen Gruppe der Polyketide und nichtribosomalen Peptide zu, die oft pharmazeutisch relevante Wirkungen aufweisen. Die für ihre Synthese verantwortlichen Enzyme (PKS und NRPS) sind häufig beachtliche Multienzymkomplexe, die durch Gencluster codiert werden, deren Größe von 10–100 kbp reichen kann. Bisher wurden für die heterologe Produktion dieser Metabolite in erster Linie Actinomyceten wie zum Beispiel Streptomyces coelicolor und Myxococcus xanthus, die selbst eine Vielzahl an Polyketiden und nichtribosomalen Peptiden synthetisieren, oder Escherichia coli genutzt. In der vorliegenden Arbeit wurde Bacillus subtilis, der bereits breite Anwendung in der industriellen Herstellung von technischen und pharmazeutischen Proteinen findet, erstmals als heterologer Wirt für die Synthese eines Polyketids (6-Desoxyerythronolid B) und eines nichtribosomalen Peptids (Enniatin B) eingesetzt. Zu diesem Zweck wurde ein Klonierungsprotokoll für die schnelle und wiederholte Genommodifizierung entwickelt. Dieses basiert auf der Kombination von transformationssteigernden Elementen (sogenannten six-sites) mit der chromosomalen Integration einer induzierbaren Kopie des Kompetenzfaktors ComS. Zur Markerentfernung wurde das Cre-lox-System implementiert. Durch die zusätzliche Deletion des Restriktions- und Modifikationssystems wurde eine weitere Voraussetzung zur chromosomalen Integration großer Gencluster geschaffen. Damit steht nun ein optimiertes Protokoll für die Konstruktion von B. subtilis-Expressionsstämmen und deren weiterer genomischer Modifizierung zur Verfügung. Als Vertreter einer komplexen Polyketidsynthase wurde die Desoxyerythronolid B-Synthase (DEBS) aus Saccharopolyspora erythraea ausgewählt. Dieser aus drei ca. 300–350 kDa großen Proteinen (DEBS1–3) bestehende Enzymkomplex ist für die Bildung des Makrolids 6-Desoxyerythronolid B (6dEB) verantwortlich, das die Vorstufe des antibiotisch wirksamen Erythromycins darstellt. Das korrespondierende Gencluster umfasst drei ca. 10 kb große Gene (eryAI–III) und konnte erfolgreich in drei Operonstrukturen im Genom von B. subtilis lokalisiert werden: als i) natürliches Operon, ii) modifiziertes Operon mit optimierten RBS und iii) drei separate Expressionskassetten. Unter fed-batch-simulierenden Bedingungen (EnBase-System) gelang dabei ein positiver Metabolitennachweis für den Stamm mit drei separaten Expressionskassetten. Um das Zellwachstum und die 6dEB-Synthese zu verbessern, wurden weiterführende Genommodifizierungen des Produktionsstammes vorgenommen, von denen sich einige positiv auf die Produktbildung auswirkten. Mit diesem Versuch wurde erstmals die prinzipielle Eignung von B. subtilis als heterologer Produzent für komplexe Polyketide erbracht. Die Enniatin-Synthetase (ESyn) aus dem filamentösen Pilz Fusarium oxysporum wurde als Beispiel einer nichtribosomalen Peptidsynthetase in die Arbeit einbezogen. Aufgrund der handhabaren Größe des esyn-Gens (10 kb) wurde die Expression auf single- und multi-copy-Level untersucht. Dabei wurde auch der Einfluss verschiedener Genommodifizierungen und Änderungen in den Wachstumsbedingungen auf die Produktbildung analysiert. Die Kultivierungsversuche inklusive Metabolitenanalyse wurden in Kooperation mit dem Institut für Biologische Chemie an der TU Berlin durchgeführt. Abschließende Konzentrationen des entsprechenden Metaboliten (Enniatin B), einem zyklischen Hexadepsipetid mit zahlreichen antiinfektiven Wirkungen, wurden auf 4,5 µg/L (single-copy) bzw. 1,2mg/L (multi-copy) beziffert. Damit konnte in B. subtilis zum ersten Mal die heterologe Produktion eines gattungsfremden nichtribosomalen Peptids demonstriert werden. Zusammengefasst beschreibt die präsentierte Arbeit die erfolgreiche Produktion eines komplexen Polyketids und eines nichtribosomalen Peptids. Obwohl weitere Untersuchungen notwendig sind, um einige unerwartete Effekte bestimmter Genommodifizierungen aufzuklären und eine weitere Steigerung in der Produktausbeute zu erreichen, konnte eindeutig belegt werden, dass sich B. subtilis als Wirt für die heterologe Produktion von Sekundärmetaboliten eignet.
Ein Netzwerk aus Rezeptoren und Signalkaskaden reguliert Wachstum, Differenzierung und Überleben von Zellen. Wird dieses Netzwerk aus dem Gleichgewicht gebracht, können die Zellen zu Tumorzellen transformieren. Der epidermale Wachstumsfaktor Rezeptor (EGFR) stellt eine treibende Kraft in diesem Netzwerk dar und ist ein Ziel zahlreicher Tumortherapeutika. Aufgrund weitläufiger Resistenzbildung ist die Identifizierung verantwortlicher Strukturen von großer Bedeutung um die entarteten Signalkaskaden synergistisch einzudämmen. Nach Aktivierung des EGFR wird eine signalspezifische Antwort durch Rekrutierung von Adapterproteinen an die intrazelluläre Domäne initiiert. Die veränderte Zusammensetzung der Signalproteine könnte Angriffspunkte für neue Therapieansätze enthüllen. Um die zugrundeliegenden Mechanismen zu entschlüsseln, wurden mehrere Proteom-Untersuchungen auf Zelllysate angewendet. Ungeachtet der Sensitivität moderner Geräte stellt die Identifizierung niedrig-abundanter Proteine im Proteom einer Zelle jedoch eine Herausforderung dar. Die Identifizierung differentieller Proteinmuster des EGFR-Interaktom in Abhängigkeit von Resistenz und Rezeptor variante war das Ziel dieser Arbeit. Der EGFR samt seiner Interaktionspartner wurde aus Zelllysaten präzipitiert. Anschließend wurden die Proteine in einer SDS-PAGE aufgetrennt und nach in-Gel-Verdau mit LC-MS/MS analysiert. Aus Lysaten von A431-Zellen wurden 183 Proteine in vier Bioreplikaten detektiert. Darunter 15 direkte Interaktionspartner, wie GRB2, SHC1, SOS1/2, STAT1/3, AP2 sowie P85B. Die Berechnung des normalized spectral abundance factor (NSAF) anhand der Anzahl gemessener Spektren und der Molekularmasse eines Proteins ermöglichte eine relative Quantifizierung der Proteinmenge. Die Menge der copräzipitierten Proteine war nach EGFR-Aktivierung durch EGF für 14 Proteine mehr als zweifach erhöht. Davon waren Untereinheiten des AP2 Komplexes am stärksten an aktivierten EGFR assoziiert. Abschließend wurde die Interaktion mit AP2 und die neu aufgedeckte Interaktion mit CIP2A durch Immunfluoreszenz und Western Blot-Analyse bestätigt. Nachdem die Funktionalität der Methode gezeigt werden konnte, wurde die Anwendung um das Modell einer akuten Afatinib-Resistenz erweitert. Im A431-Zellmodell wurde durch die Inkubation in Fibroblasten-konditioniertem Medium eine Resistenz gegen Afatinib beobachtet. Im Rahmen dieser Arbeit sollte ermittelt werden, ob sich der Einfluss der temporären Resistenz am Interaktionsmuster des EGFR widerspiegelt. Die MS-Analyse identifizierte 145 Proteine deren Assoziation an EGFR durch Afatinib mindestens zweifach verringert wurde, darunter GRB2, SOS1, SHC1, STAT2/3 sowie PK3CB und P85B. Aus dieser Analyse wurde ein Pool aus 137 Proteinen ermittelt, die potentiell Teil des induzierten Resistenzmechanismus sein könnten. 32 Proteine, darunter TNAP2, AHNK, SPTCS und der Tumorsuppressor DIDO, weisen funktionelle Ähnlichkeit zu Lungenkrebs auf. Daraufhin wurde die Methode auf das Modell einer chronisch erworbenen Resistenz der Lungenkarzinom-Zelllinie HCC4006 gegen Erlotinib angewendet. Die Analyse sollte zunächst differentielle Proteinmuster des Grundzustandes in Abhängigkeit zur erworbenen Resistenz identifizieren. Die Morphologie der Erlotinib-resistenten HCC4006-Zellen weist Merkmale einer EMT auf, die als Resistenzmechanismus für verschiedene Tumore beschrieben ist. Im Einklang mit dieser Beobachtung wurden Hinweise auf rege Veränderungen des Zytoskeletts in der vorliegenden MS-Analyse der resistenten HCC4006-Zellen gefunden. In unbehandelten Zellen wurden abhängig vom Resistenz-Status der Zellen 178 Proteine mit mindestens zweifach veränderter Assoziation an EGFR detektiert. Darunter fanden sich die Proteine der Zytoskelettreorganisation Plectin, Spectrin und ZO1, welche in resistenten Zellen bis zu 70 fach erhöht waren. Das Angiogenese-Protein Nostrin ist hingegen nach Resistenzentwicklung stark vermindert. Nach Behandlung mit Erlotinib und EGF war die Assoziation von 148 Proteinen durch Erlotinib Resistenz verändert. Darunter befanden sich HEAT1, EF1A1, UBS3B und AP3B1 die in sensitiven Zellen durch Erlotinib stärker dissoziierten als in den resistenten Zellen. Abschließend wurde die differentielle Analyse auf zwei EGFR VarianteIII (vIII) transfizierte Glioblastomzelllinien übertragen. In den P3-Zellen sind 95 Proteine in Abhängigkeit der Rezeptorvariante zweifach verändert an EGFR assoziiert. Darunter waren JAK1, GRB2, PRKDC und SNX-3, 17 und 27 vermehrt an vIII assoziiert, wohingegen PHB2 bevorzugt an Wildtyp-EGFR assoziiert. In den NCH421k Glioblastomzellen ist die Affinität für vIII bei 245 Proteinen zweifach verändert. Darunter die Phosphokinasen P85A und P85B mit stark erhöhter vIII-Affinität. Für vIII ist eine bevorzugte Initiierung des PI3K/AKT Signalweges, sowie eine konstitutive Aktivität bereits beschrieben. Mit dem Abschluss dieser Arbeit liegt ein Protokoll zur differentiellen Analyse der EGFR Interaktionsmuster vor
Non-thermal atmospheric pressure plasma has drawn more and more attention to the field of wound healing research during the last two decades. It is characterized by a unique composition, which includes amongst others free radicals, ions and electrons. Furthermore, non-thermal plasma exhibits temperatures that are below those inducing thermal cell damage. Next to its well-established anti-bacterial properties, plasma can have lethal as well as stimulating effects on mammalian cells. Therefore, the medical application of non-thermal plasma on chronic wounds seems to be a promising tool to enable healing processes. However, less is known about the plasma-mediated induction of intracellular signaling pathways in human immune cells, which play a leading part in the process of wound recovery and removal of pathogens. Therefore, this thesis examined the cellular effects of a non-thermal atmospheric pressure plasma treatment on human immune cells using the argon plasma jet kinpen 09. Here, the CD4+ T helper cell line Jurkat, the monocyte cell line THP-1 as well as the corresponding primary cells were investigated. First, cell survival and apoptosis induction was assessed in response to non-thermal plasma treatment by growth curves and flow cytometric assays. On the one hand it could be shown that primary cells are more susceptible to plasma treatment than the respective cell lines. On the other hand, monocytes responded less sensitive to plasma exposure than lymphocytes. Furthermore, this thesis outlined the impact of non-thermal plasma treatment on the gene expression level of immune cells. Therefore, DNA microarray analysis was performed with the cell lines Jurkat and THP-1. It became obvious that plasma exposure modulated the expression of several genes in both cell types. Differential expression of distinct target genes was further validated by quantitative PCR in the immune cell lines. Here, elevated gene expression levels of JUN and FOS in Jurkat cells and increased transcription of JUND in THP-1 cells in response to plasma treatment were made visible. JUN, FOS and JUND are components of the transcription factor AP-1, which is involved amongst others in gene expression of IL-8 and HMOX-1. Consequently, transcriptional induction of the inflammatory cytokine IL-8 as well as the enzymes HMOX-1 and GSR was detected in plasma-treated THP-1 cells. In addition, alterations in the protein activation levels were analyzed in plasma-treated Jurkat, THP-1 cells and primary monocytes. Since some of the identified target genes are known to be associated with the MAPK pathways, the regulation of these cascades was further investigated by western blot analysis. In all investigated cell types the pro-proliferative signaling molecules ERK 1/2 and MEK 1/2 as well as the pro-apoptotic signaling proteins p38 MAPK and JNK 1/2 were activated in a plasma treatment time dependent manner. In contrast to Jurkat and primary monocytes, the anti-apoptotic HSP27 was only induced in THP-1 cells in response to plasma exposure. Moreover, modulation of cytokine production and secretion was examined in the different immune cell types and co-cultured THP-1 and HaCaT keratinocytes by ELISA or flow cytometry. While Jurkat cells showed no plasma-mediated regulation of cytokine expression, THP-1 cells revealed an increased IL-8 secretion after long plasma time duration (360 s). Additionally, the intracellular expression levels of IL-6 and IL-8 were modulated in primary monocytes by plasma exposure. While short plasma treatment caused no alteration of the number of cells expressing IL-8 an up-regulation of the intracellular IL-6 level occurred after 30 s of plasma treatment. Long plasma treatment times resulted in a significant decrease of the intracellular IL-8 and IL-6 production levels. Furthermore, co-cultured THP-1 and HaCaT cells as well as mono-cultured THP-1 and HaCaT cells were examined regarding their cytokine secretion profile. Here, cells treated with plasma (180 s) as well as LPS and plasma (180 s and LPS) were compared with untreated cells. IL-6, IL-8 and GM-CSF secretion was induced by both plasma and plasma combined with LPS treatment in mono-cultivated HaCaT cells and co-cultured cells. Though, the highest cytokine secretion levels were reached in the plasma and LPS exposed co-culture. In contrast, mono-cultivated THP-1 cells only showed an increased secretion of IL-6, IL-8 and TNFa after incubation with plasma together with LPS exposed medium. In conclusion, this study revealed for the first time the non-thermal plasma-modulated expression of numerous genes and cytokines and the activation state of various signaling cascades in human immune cells. Thus, it contributes to gain a better understanding of the immune-modulatory impacts of plasma that might promote the wound healing process.
Die Newcastle Disease (ND) und die hochpathogene aviäre Influenza (HPAI) sind zwei der bedeutendsten Viruserkrankungen des Geflügels. Neben hohen wirtschaftlichen Verlusten stellt besonders das zoonotische Potential des hochpathogenen aviären Influenzavirus (HPAIV) auch eine Gefahr für den Menschen dar. Eine erfolgreiche Prophylaxe erfordert effektive Impfstoffe, die hohe Anforderungen wie die Verträglichkeit in sehr jungen Tieren, Massenapplizierbarkeit, eine sichere und kostengünstige Produktion sowie die Möglichkeit der Differenzierung zwischen infiziertem und vakziniertem Geflügel (DIVA) erfüllen müssen. Replikationsfähige Vektorviren sind dafür besonders geeignet. Mit Hilfe des reversen genetischen Systems konnte ein rekombinantes Newcastle Disease Virus (NDV) generiert werden, welches das Hämagglutinin H5 eines HPAIV exprimiert (rNDVH5Vm). Dieses vermittelt in SPF-Hühnern nach Immunisierung einen bivalenten Schutz vor HPAI und ND, versagt jedoch als Vakzine in Geflügel mit maternalen NDV-Antikörpern (Veits, Wiesner et al. 2006). Aufgrund der flächendeckenden NDV-Impfung in Geflügelbeständen müssen NDV-basierte Vektorvakzinen jedoch die maternale NDV-Immunität überwinden. Ein neuer Ansatz zur Entwicklung eines entsprechenden Vakzinevirus wird in dieser Arbeit gezeigt. Dazu erfolgte ausgehend von rNDVH5Vm die Generierung eines chimären rekombinanten NDV, in welchem die NDV-Oberflächenproteine F und HN durch die des aviären Paramyxovirus-8 (APMV-8) ausgetauscht wurden (chNDVFHNPMV8H5). Nach Generierung der neuen Virusrekombinante wurde sowohl die Expression und Inkorporation der drei Oberflächenproteine F, HN und H5 in das Viruspartikel, als auch eine Replikation zu hohen Endtitern nachgewiesen. Die geringe Virulenz und die damit mögliche Eignung als Vakzinevirus wurde durch einen ICPI von 0,288 bestätigt. Auch die in vivo-Charakterisierung in SPF-Hühnern zeigte eine gute Verträglichkeit, eine lokale Virusreplikation und eine detektierbare Immunantwort gegen APMV-8 und AIV. Drei Wochen nach Vakzinierung ein oder sieben Tage alter Küken, die eine maternale NDV-Immunität aufwiesen, mit chNDVFHNPMV8H5 erfolgte die Infektion mit einer letalen Dosis HPAIV. Es konnte ein vollständiger klinischer Schutz, einhergehend mit einer signifikant verringerten Virusausscheidung im Vergleich zur Kontrollgruppe detektiert werden. Die Vakzinierung mit chNDVFHNPMV8H5 ermöglicht außerdem die DIVA-Diagnostik auf Basis des Nachweises von AIV-NP Antikörpern. Aufgrund der Substitution der Oberflächenproteine des NDV ist chNDVFHNPMV8H5 nicht mehr in der Lage, einen Schutz gegen ND zu vermitteln. Die fehlende Kreuzreaktvität der Antikörper gegen die Oberflächenproteine von NDV und APMV-8 konnte auch in vitro gezeigt werden. Da die ND neben der HPAI einen hohen ökonomischen Stellenwert besitzt, wurde ein kombiniertes Vakzinierungsschema entwickelt, welches Geflügelbestände vor beiden Erkrankungen schützen soll. Dafür wurden ein oder sieben Tage alte, maternale NDV-Antikörper tragende Hühner mit chNDVFHNPMV8H5 und sieben Tage später mit einem lentogenen rekombinanten NDV (rNDVGu) immunisiert. Die Replikation des rNDVGu wurde dabei weder durch chNDVFHNPMV8H5 noch durch die Immunantwort gegen interne NDV-Proteine gestört, so dass beide Vakzinen eine Immunantwort induzierten. Diese vermittelte nach Infektion mit einer letalen Dosis HPAIV oder velogenem NDV einen klinischen Schutz und eine signifikant verringerte Virusausscheidung bei den geimpften Hühnern gegenüber den ungeimpften Kontrolltieren. Dieses erfolgreiche Vakzinierungsschema vereint zudem Massenapplizierbarkeit mit sicherer, kostengünstiger Produktion des Vakzinevirus. Von den bisher beschriebenen zwölf aviären Paramyxoviren ist NDV (APMV-1) aufgrund seiner wirtschaftlichen Bedeutung das am besten charakterisierte. APMV-8 hingegen ist bisher nur wenig untersucht. Um eine APMV-8-Infektion im Huhn zu charakterisieren, wurden drei Wochen alte SPF-Hühner mit APMV-8/goose/Delaware/1053/76 infiziert. Die Tiere zeigten nach Infektion keine klinischen Symptome, aber die Replikation des Erregers konnte bis vier Tage nach Infektion im oberen Respirationstrakt nachgewiesen werden. Sie verursachte jedoch keine histologischen Gewebeveränderungen, was die geringe Pathogenität des Erregers bestätigt. Eine Immunantwort konnte bereits sieben Tage nach Infektion detektiert werden. Um die Schutzwirkung einer APMV-8-Vakzinierung vor einer NDV- und APMV-8-Infektion zu ermitteln, erfolgte drei Wochen nach Immunisierung der Hühner eine Infektion mit homologem APMV-8 oder velogenem NDV. Dabei konnte gezeigt werden, dass nach erneuter APMV-8-Infektion die Virusausscheidung signifikant verringert war, was die Wirksamkeit der induzierten Immunantwort bestätigt. Nach Infektion mit einem velogenen NDV waren jedoch weder hinsichtlich Morbidität und Mortalität, noch Virusausscheidung signifikante Unterschiede zwischen vakzinierten und nicht vakzinierten Tieren nachweisbar. Das macht deutlich, dass eine Immunität gegen APMV-8 die Virusausscheidung nach erneuter APMV-8-Infektion zwar signifikant reduziert, jedoch nicht vor der Infektion mit einer letalen Dosis von velogenem NDV schützt.
Durch in vitro-Studien konnte gezeigt werden, dass Polihexanid im Vergleich zu anderen bekannten antimikrobiellen Wirkstoffen sowie in Anwesenheit anwendungsnah simulierter organischer Belastungen ein für die Wundantisepsis geeigneter Wirkstoff ist. Im Kontext mit den bekannten Daten zur Verträglichkeit zumindest im Bereich der medizinischen Anwendungskonzentrationen (0,02 % und 0,04 % Polihexanid) und zum Einfluss auf die Wundheilung stützen die hier erhobenen Daten die bestehende Konsensusempfehlung zur Wundantiseptik, nach der Polihexanid zwar auch zur akuten Wundantiseptik, insbesondere aber zur Behandlung chronischer Wunden als geeignet angesehen wird. Auf Basis der biochemischen und biopysikalischen Grundlagen der Wirksamkeit von Polihexanid wurde die Möglichkeit der weiteren Verminderung der Zytotoxizität des Polihexanids bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der bakteriziden Wirksamkeit durch die Bindung an Phosphatidylcholin-haltige o/w-Emulsionen gezeigt; im Testsystem bei gleichzeitiger Anwesenheit von Bakterien und eukaryotischen Zellen unter simulierten Wundbedingungen war bereits die Kombination 0,05 % PHMB / 0,4 % EPC vollständig bakterizid und dabei ohne zytotoxischen Effekt wirksam. Diese Darreichungsform fungiert weiterhin als PHMB-Depot, das auch nach wiederholter Passage durch eine Bakteriensuspension noch die gleiche wundantiseptische Wirksamkeit aufweist wie in der ersten Passage. Erste in vitro- und in vivo-Erfahrungen mit den hier beschriebenen PHMB-haltigen o/w-Emulsionen wurden bereits durch andere Arbeitsgruppen publiziert. Demnach führt diese neue Darreichungsform zu einer größeren Eindringtiefe des Wirkstoffs in die Haarfollikel, die in Bezug auf die Hautfläche das mit Abstand größte Reservoir für die mikrobielle Hautflora und nicht zuletzt auch für eine Repopulation oberflächlich desinfizierter Haut darstellen. Die in vivo–Daten deuten darauf hin, dass mit partikel-gebundenem PHMB eine bessere und nachhaltigere Antisepsis erreicht werden kann als mit freiem PHMB. Zusätzlich zum Beitrag an der Konsensusempfehlung des Polihexanids zur Behandlung chronischer Wunden wird damit als wesentliches Ergebnis der Dissertation die Erschließung von bisher für wässrige PHMB-Lösungen nicht möglicher medizinischer Einsatzorte wie in sensiblen Geweben oder Anwendung bei Neugeborenen, am Auge, in Gegenwart von Knorpel, am Peritoneum und in anderen Körperhöhlen (Blase, Harnröhre, vereiterte Gelenkhöhlen), zur Mukositis-Prophylaxe, bei der Krebschemotherapie, bei Verbrennungen 3. Grades, aber auch in der antimikrobiellen Behandlung von Zellkulturen vorstellbar. Bis zu einer solchen therapeutischen Nutzung sind jedoch noch weitere Studien notwendig. Als günstig dürfte sich erweisen, dass es sich sowohl beim Polihexanid, als auch bei dem hier verwendeten Lipofundin ® um bereits etablierte und gut verstandene Medizinprodukte handelt. Im Kontext der weltweit zunehmenden Antibiotikaresistenzen und Verbreitungswege nosokomialer Erreger bei entsprechend geringer werdenden chemotherapeutischen Interventionsmöglichkeiten durch Antibiotika gewinnt die Möglichkeit des Einsatzes von Antiseptika mit breitem Wirkungsspektrum und guter Verträglichkeit immer mehr an Bedeutung, und dabei auch umso mehr die Erweiterung bestehender Einsatz-Indikationen. Neben der auf den ersten Blick vordringlich erscheinenden Identifikation neuer Wirkstoffe kann nicht zuletzt auf Basis der hier vorgelegten Ergebnisse die auf das gewünschte Wirkumfeld zugeschnittene Modifikation der Darreichungsform bekannter antiseptischer Wirkstoffe als möglicher Weg zur verbesserten antimikrobiellen Therapie herausgestellt werden. Diesem Gedanken folgen beispielsweise bereits Versuche, die die besonderen Eigenschaften von Nanopartikeln oder Peptid-basierten Nanostrukturen für die Bekämpfung von Infektionen und Kolonisationen zu nutzen, wobei deren Einsatz wegen der zum Teil hohen ökologischen Fremdartigkeit für biologische Systeme kritisch evaluiert werden muss. Im Gegensatz dazu ähnelt die Wirkung des Polihexanids auf die zwangsläufig und physiologisch kaum modifizierbar negativ geladenen bakteriellen Zellwandstrukturen dem Wirkmechanismen natürlich vorkommender antibakterieller Peptide wie dem β-Defensin, die einen wesentlichen Bestandteil des evolutionär sehr alten, angeborenen Immunsystems der Vertebraten darstellen – mikrobielle Zellumhüllungen sind anfällig gegenüber polykationischen Verbindungen mit hydrophoben Domänen. Auch das stellt einen Vorteil des Polihexanids gegenüber anderen Antiseptika dar.
Die Herzinsuffizienz ist eine Erkrankung, die unabhängig von ihrer Ätiologie durch eine Funktionsreduktion des linken und/oder rechten Ventrikels gekennzeichnet ist. Unabhängig von der Genese ist sie trotz medikamentöser und apparativer Therapiemaßnahmen mit einer hohen Morbidität und Mortalität verbunden. Neben Vasopressoren ist vor allem die Gabe von Vasodilatatoren (Nitraten und NO-Donatoren) zur Vor- und Nachlastsenkung die Therapie der Wahl bei akut dekompensierter Herzinsuffizienz ohne schwerwiegende Hypotension. Die letztgenannten weisen zwar eine gute Wirksamkeit auf, jedoch kann es bei langer Therapiedauer zu einer Toleranzentwicklung kommen. Daher wurden neue Moleküle mit ähnlichem Wirkungsprofil entwickelt, sogenannte Stimulatoren (z.B. Riociguat) und Aktivatoren (z.B. Cinaciguat) der löslichen Guanylatzyklase (sGC). Sie aktivieren bzw. stimulieren die sGC unabhängig von NO. In klinischen und tierexperimentellen Studien konnte bereits gezeigt werden, dass die hämodynamischen Auswirkungen mit denen von NO-Donatoren vergleichbar sind, da die Substanzen keine Toleranzentwicklung induzieren. Cinaciguat weist zudem, gerade bei kardiovaskulären Erkrankungen, eine bessere Wirksamkeit auf. Unbekannt ist bisher, ob diese NO-unabhängigen sGC Stimulatoren und Aktivatoren direkte inotrope und lusitrope Effekte auf isolierte Kardiomyozyten ausüben. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es den Einfluss der sGC-Stimulatoren BAY 41-2772 (10^-11-10^-5M) und Riociguat (10^-10-10^-5M), sowie der sGC-Aktivatoren BAY 63-2770 (10^-12-10^-6M) und Cinaciguat (10^-10-10^-5M) in-vitro auf die Kontraktion und Relaxation, sowie auf die intrazellulären cAMP- und cGMP-Spiegel von isolierten Rattenkardiomyozyten zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden mit Hilfe einer Langendorff-Anlage ventrikuläre Kardiomyozyten aus frisch entnommenen Rattenherzen isoliert und anschließend mit den obengenannten sGC-Stimulatoren und Aktivatoren stimuliert. Mit Hilfe eines „Video-Edge-Detection-Systems“, das an ein Fluoreszenzmikroskop gekoppelt ist, konnten die maximale Kontraktilität, die Kontraktionsgeschwindigkeit, die Relaxationsgeschwindigkeit und der Calcium-Transient ermittelt werden. Die inotropen und lusitropen Veränderungen wurden mit den Effekten von Isoproterenol, Verapamil und den NO-Donatoren (DEA/NO, SIN-1 Chlorid), verglichen. Mittels Radioimmunoassay wurde die durch Stimulation mit Riociguat, Cinaciguat, Isoproterenol und DEA/NO induzierte cAMP- und cGMP-Konzentration in den isolierten Rattenkardiomyozyten gemessen. Für Isoproterenol konnte eine konzentrationsabhängige (10^-8-10^-5M) Zunahme der Inotropie und Lusitropie beobachtet werden, wohingegen für Verapamil eine konzentrationsabhängige Abnahme der Zellverkürzung (10^-7 und 10^-5M), der Kontraktionsgeschwindigkeit (10^-6-10^-5M) sowie der Relaxationsgeschwindigkeit (10^-7M) nachgewiesen werden konnte. Die Vorläufersubstanz von Riociguat BAY 41-2272 induzierte in hohen Konzentrationen (10^-6 und 10^-5M) eine Zunahme sowohl der Kontraktilität wie auch der Relaxation. Nach Gabe der eigentlichen Prüfsubstanz Riociguat, sowie BAY 60-2770 und Cinaciguat konnte im Vergleich zu den NO-Donatoren (DEA/NO, SIN-1 Chlorid) keine Veränderung der Kontraktilität, Relaxation und des Calcium-Transienten der Herzmuskelzellen festgestellt werden. Ausschließlich in der höchsten Konzentration von DEA/NO konnte eine transiente Abnahme der Kontraktilität nach 2 Minuten beobachtet werden. Aufgrund bereits gewonnener Daten an Tiermodellen, wie z.B. Hunden, aber auch an gesunden Probanden, wurde die Induktion eines positiv lusitropen Effekt nach Gabe der Stimulatoren und Aktivatoren angenommen. Diese Annahme konnte jedoch durch die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit nicht bestätigt werden, obwohl die Behandlung der Rattenkardiomyozyten mit DEA/NO und den Aktivatoren und Stimulatoren der sGC zu einem cGMP-Anstieg führten. Die verbesserte Relaxation in den vorangegangenen Studien ist eher eine Folge der Vor- und Nachlastsenkung aufgrund des vasodilatatierenden Effektes unter den Stimulatoren und Aktivatoren der sGC, und weniger eine Folge eines direkt positiv lusitropen Effektes auf die Kardiomyozyten. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Substanzen in den gewählten Konzentrationen keine nennenswerten Effekte auf isolierte Kardiomyozyten gesunder Ratten ausüben, weder hinsichtlich der Kontraktion noch der Relaxation. Ob Effekte an isolierten Kardiomyozyten von herzinsuffizienten Herzen oder in Kombination mit NO-Donatoren erreicht werden können, müssen zukünftige Untersuchungen erst noch zeigen.
The impact of inbreeding under different environmental conditions and of artificial selection on cold tolerance was investigated in laboratory populations of the tropical butterfly Bicyclus anynana. The investigation focused on (1) the effects of inbreeding on several fitness-related traits and whether inbred individuals are more susceptible to stress, (2) interactions between inbreeding, genetic adaptation to cold stress and environmental conditions, (3) the effects of artificial selection and inbreeding in the adult stage in other developmental stages, and (4) the effect of inbreeding depression on the heat shock response. Environmental conditions are not constant over time; consequently organisms have to deal with environmental changes. Besides naturally fluctuating conditions, human-induced climate change may increase temperature changes as well as the severity of heat or cold waves. Temperature-stress resistance describes an organism’s ability to cope with stressful temperatures. Enhanced resistance to temperature stress can be reached by phenotypic plasticity or genetic adaptation. Plastic organisms are able to react fast to changing environmental conditions, whereas genetic adaptation is more important for long-term adaptation. Natural habitats may also be affected by human impact, causing habitat loss or fragmentation and changes in population structure. A decrease in the population size may result in inbreeding and inbreeding depression (ID). Consequences of inbreeding are well documented, and inbred individuals are predicted to be more sensitive to environmental stress than outbred individuals. The long term persistence of species and populations depends on their ability to adapt to novel conditions which in turn depends on genetic diversity. Therefore, studies of temperature resistance and its evolution in relation to inbreeding are very important. First a higher susceptibility of inbred individuals to environmental stress was determined in different populations of B. anynana. Inbreeding depression was revealed for several fitness-related traits, but not for immunity traits or heat tolerance. Temperature affected most traits, revealing the importance of temperature on ectotherms; just two hours of thermal stress affected important reproductive, life-history and immunity traits already. Importantly though, no evidence were found that inbred individuals are more susceptible to stressful temperatures than outbred individuals. Genetic adaptation and phenotypic plasticity can interact with one another, resulting in genotype-environmental interactions (G x E). The hypotheses tested here were that some genotypes are more plastic than others and that lines with increased cold stress resistance are less plastic with regard to cold resistance than control lines. To induce plastic responses the exposed lines differed in cold tolerance and inbreeding to different temperatures as well as different feeding regimes and measured fitness-related traits. Several interactions were detected in which a selection regime was involved, but these interactions did not show a clear overall pattern. In summary though, findings were that marginal impacts of directional selection and inbreeding on plastic responses and suggest that, at least for my study organism, the genetic architecture of fitness-related traits is not connected with the architecture of plastic responses. The next investigation concerned with the manifestation of genetic adaptation to produce one specific phenotype across development stages and possible trade-offs. The assumption tested was that there is a genetic link between different developmental stages to produce one definite phenotype by imposing selection in the adult stage only. Lines selected for increased cold resistance in the adult stage were used and increased cold resistance throughout all developmental stages was expected. However, higher cold resistance was found only in the adult stage and not in developmental stages. This could be either the result of a resource allocation trade-off between different stages or that there is no cold resistance phenotype. Thus, if selection takes place in the adult stage it does not affect the others. In the last experiment investigation was directed to determine whether there are negative inbreeding effects on the heat shock protein (HSP) response. Under stressful conditions, organisms produce the HSPs and they act as chaperons required for refolding and repairing of stress degraded proteins. Testing was oriented to find if inbreeding as a genetic stressor´ provokes a higher HSP expression and if there is evidence for higher temperature stress susceptibility on inbred individuals. Findings indeed showed a stronger HSP up-regulation in control compared to inbred lines with a negative inbreeding impact occurrence, which may causally underlie inbreeding depression.
Bats are ancient mammals that evolved more than 50 million years ago. There are 1,240 different species (> 20% of mammalian species) described so far, which represent one of the most abundant, diverse and widely distributed mammalian groups. Bats are the only mammals which actively fly and therefore can migrate to different areas of the world. It has been increasingly recognized that bats are reservoirs for more than 100 virus species, and several are associated with animal and human epidemics. As natural hosts of rabies virus (RABV) and related lyssaviruses, bats have become a focus of research not only in South America and Africa, but also in Europe and North America. Bats are also considered to be unique in their potential to host emerging and re-emerging zoonotic viruses. To evaluate and reduce the potential risk of rabies transmission to humans or carnivore hosts (like fox, raccoon and dog etc.), active and passive surveillance studies of bat have been performed. Using these approaches diverse lyssaviruses have been detected in bats. However, these studies did not explain the rarely discovered epidemics and the underlying resistance or immune mechanisms in bats as natural hosts for lyssaviruses. Probably, bats are more resistant to lyssavirus infections than other animals. This hypothesis is introducing the research questions of the present thesis: (1) How do the innate immune responses protect bats from fatal outcome of lyssavirus infections? Interferon (IFN) responses which can be induced by the recognition of viruses by pattern recognition receptors act as the first line of defense against lyssavirus infections. Therefore, type I and type III IFNs from European bats were cloned and functionally characterized in this thesis (Chapter 2 and 4). (2) How do the lyssaviruses adapt to escape the host defenses by counteracting the IFN-mediated immune responses? And how do the bats control the viral replication via the IFN responses? To explore the complicated interactions and understand how European bats (Eptesicus serotinus, Myotis myotis and Nyctalus noctula) interact with European bat lyssaviruses (EBLV-1 and 2), a natural host related model for investigations of the bat´s immune system and the virus-host interactions has to be established. Since all of 52 identified European bats species are endangered and strictly protected, stable cell lines from different tissues of M. myotis for in vitro studies were developed and used for molecular and functional studies (Chapter 3 and 4). The data obtained from this thesis revealed that: (a) European bat IFNs do have similar but also distinct molecular characteristics compared with other mammalian IFNs (Chapter 2 and 4); (b) Both investigated bat type I IFNs, IFN-Kappa; and IFN-Omega; present potent anti-lyssaviral activities and display a pathogen associated pattern in the tested cell line (Chapter 2); (c) The established immortalized M. myotis cell lines are differently susceptible to lyssaviruses and contain a functional IFN-mediated signaling cascade (Chapter 3); (d) Bat type III IFN-Lambda;s display cell-type specific functions due to the distinct expression of the IFN-Lambda; receptor (Chapter 4); (e) In bat cell lines a possible evasive strategy of lyssavirus is based on the counteraction of IFN production and/or IFN-mediated defensive pathways (Chapter 3); (f) The higher resistance of brain derived cell line MmBr compared to other cell lines to lyssavirus infection indicates the natural ability of bat´s central nervous system to control the growth of neurotropic virus, which might be an essential reason for the nonclinical outcome (Chapter 3). Overall, the present thesis provides first insights into IFN-mediated innate immune responses against RABV and EBLVs infection in their natural reservoir hosts and an useful toolbox for comparative analysis of virus-host interactions.
High-throughput expression data have become the norm in molecular biology research. However, the analysis of expression data is statistically and computationally challenging and has not kept up with their generation. This has resulted in large amounts of unexplored data in public repositories. After pre-processing and quality control, the typical gene expression analysis workflow follows two main steps. First, the complexity of the data is reduced by removing the genes that are redundant or irrelevant for the biological question that motivated the experiment, using a feature selection method. Second, relevant genes are investigated to extract biological information that could aid in the interpretation of the results. Different methods, such as functional annotation, clustering, network analysis, and/or combinations thereof are useful for the latter purpose. Here, I investigated and presented solutions to three problems encountered in the expression data analysis workflow. First, I worked on reducing complexity of high-throughput expression data by selecting relevant genes in the context of the sample classification problem. The sample classification problem aims to assign unknown samples into one of the known classes, such as healthy and diseased. For this purpose, I developed the relative signal-to-noise ratio (rSNR), a novel feature selection method which was shown to perform significantly better than other methods with similar objectives. Second, to better understand complex phenotypes using high-throughput expression data, I developed a pipeline to identify the underlying biological units, as well as their interactions. These biological units were assumed to be represented by groups of genes working in synchronization to perform a given function or participate in common biological processes or pathways. Thus, to identify biological units, those genes that had been identified as relevant to the phenotype under consideration through feature selection methods were clustered based on both their functional annotations and expression profiles. Relationships between the associated biological functions, processes, and/or pathways were investigated by means of a co-expression network. The developed pipeline provides a new perspective to the analysis of high-throughput expression data by investigating interactions between biological units. Finally, I contributed to a project where a network describing pluripotency in mouse was used to infer the corresponding network in human. Biological networks are context-specific. Combining network information with high-throughput expression data can explain the control mechanisms underlying changes and maintenance of complex phenotypes. The human network was constructed on the basis of orthology between mouse and human genes and proteins. It was validated with available data in the literature. The methods and strategies proposed here were mainly trained and tested on microarray expression data. However, they can be easily adapted to next-generation sequencing and proteomics data.
Einleitung: Es gibt derzeit zwei anerkannte Therapieoptionen des Typ-1-Diabetes mellitus bei Kindern und Jugendlichen. Diese sind die konventionelle Injektionstherapie und die subkutane Insulinpumpentherapie. Ziel dieser Arbeit ist der Vergleich dieser beiden Therapieformen hinsichtlich der Therapiesicherheit und der Effektivität der metabolischen Einstellung bei Kindern und Jugendlichen in stationärer Rehabilitationsbehandlung. Patienten und Methoden: Eingeschlossen in diese Untersuchung wurden alle Kinder und Jugendlichen (n = 901, 52 % Mädchen, Alter 11,5 ± 4,0 Jahre, Diabetesdauer 4,0 ± 3,6 Jahre, HbA1c 8,61 ± 2,12 %), die im Zeitraum zwischen dem 01.04.2004 und dem 31.10.2010 in Rehabilitationsbehandlung im Inselklinikum Heringsdorf aufgenommen waren. Ergebnisse: Zum Zeitpunkt der Aufnahme werden 707 Patienten mit intensivierter Injektionstherapie und 194 mittels Insulinpumpe behandelt. 10 % der Kinder (n = 92) waren im Vorschulalter (< 6 Jahre), 26 % (n = 232) im Grundschulalter (≥ 6 < 11 Jahre), 49 % (n = 443) im Pubertätsalter (≥ 11 < 16 Jahre) und 15 % (n = 134) waren postpubertär (≥ 16 Jahre). Kinder und Jugendliche mit CSII hatten eine längere Diabetesdauer (5,3 ± 3,7 vs. 3,6 ± 3,5 Jahre, p < 0,01) bei vergleichbarem HbA1c (8,35 ± 1,71 vs. 8,72 ± 2,26 %, p = 0,09), niedrigeren postprandialen Blutglukosewerten (10,0 ± 3,0 vs. 12,2 ± 3,3 mmol/l, p = 0,03), einer vergleichbaren mittleren Blutglukoseschwankungsamplitude (9,8 ± 3,2 vs. 9,4 ± 3,4 mmol/l, p = 0,22) und einer höheren Zahl von Blutglukoseselbstkontrollen (45,4 ± 13,3 ± 38,2 ± 11,5 Selbstkontrollen/Woche, p < 0,01). In der multivariaten Analyse ergab sich die Blutglukoseschwankungsamplitude als wichtigster mit dem HbA1c assoziierter Parameter (ICT-Gruppe R-square = 0,372, ß = 0,184, p < 0,01, CSII-Gruppe: R-square = 0,313, ß = 0,241, p < 0,01). Das Auftreten an Hypoglykämien in der ICT-Gruppe (R-square = 0,09) ist assoziiert mit der Anzahl an Blutglukoseselbstkontrollen (β=0,17, p<0,01), dem HbA1c (β= - 0,12, p<0,01), der Blutglukoseschwankungsamplitude (β=0,08, p=0,04) sowie der Diabetesdauer (β= -0,1, p<0,01). Dementgegen besteht in der CSII-Gruppe (R-square = 0,06) eine negative Assoziation mit der Diabetesdauer (β= - 0,251, p<0,01). Schlussfolgerungen: Kinder und Jugendliche mit Typ-1-Diabetes mellitus werden besonders häufig im Pubertätsalter zur stationären Rehabilitation eingewiesen. Gerade hier benötigen viele Jugendliche zur optimalen Stoffwechseleinstellung und psychosozialen Teilhabe besondere Unterstützung (Empowerment, strukturierte Behandlung und Schulung). In Zusammenschau aller Altersgruppen zeigen die untersuchten metabolischen Parameter zwischen beiden Therapiegruppen einen vergleichbaren Therapieerfolg (HbA1c und Blutglukoseschwankungsamplitude) und keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Therapiesicherheit (Anzahl an Hypoglykämien). Hinsichtlich zukünftiger Ansatzpunkte für eine weitere Verbesserung der metabolischen Kontrolle wäre eine Verringerung der Blutglukoseschwankungsamplitude ein lohnenswertes Ziel.
In einer retrospektiven Längsschnittstudie wurden insgesamt 1172 Intoxikationsnotfälle einer internistischen Intensivstation (Bürgerhospital Stuttgart) aus den Jahren 1980, 1990, 2000 und 2010 erfasst und im Hinblick auf Trends untersucht. Nach einem drastischen Anstieg der Heroinintoxikationen zwischen 1980 und 1990, festgestellt in einer früheren Studie, zeigt sich in den Jahren 2000 und 2010 wiederum ein Rückgang der Heroinintoxikationen auf das Ausgangsniveau von 1980. Stattdessen ist ein signifikanter Anstieg polyvalenter Intoxikationen (unter Einschluss neuer synthetischer Drogen) in den Jahren 2000 und 2010 zu beobachten, außerdem relativ mehr Frauen und eine Zunahme des Durchschnittsalter der Intoxizierten. Ein Vergleich der Ergebnisse mit Resultaten anderer Studien der letzten Jahrzehnte, aber auch mit Statistiken von Suchthilfe und Bund, ermöglichen Rückschlüsse auf Veränderungen des sozio-kulturellen Kontexts. Eine Anpassung bestehender Behandlungsstrukturen an die festgestellten Veränderungen des Patientenkollektivs wird gefordert.
Accelerated drug release tests are essential for quality control (QC) of long acting (non-oral) controlled release formulations. Real-time release experiments are usually required for product development, to understand the mechanism of release and to establish a correlation with in vivo release. Ideally, the accelerated test should maintain the biorelevant aspect of the in vitro method and the mechanism of release should not change under accelerated test conditions. At the same time adequate discriminatory ability is a prerequisite as the accelerated test should be able to discriminate between batches with respect to manufacturing variables that can impact on bioavailability. The objective of this thesis was to develop accelerated drug release tests for intravaginal rings (IVRs) and to gain a mechanistic understanding of the principles that facilitate in vitro drug release under accelerated test conditions. A detailed evaluation of the in vitro release characteristics of the formulations under real-time test conditions was considered as a prerequisite for developing predictive accelerated tests. Two formulations were subject of this study, in which the mechanism of release is primarily governed by drug diffusion. One formulation was the commercially available Nuvaring®, a combined hormonal contraceptive IVR that releases etonogestrel and ethinylestradiol with a constant rate over a duration of 3 weeks. The second formulation was a prototype of an investigational IVR that is supposed to be bioequivalent to the marketed formulation. The Nuvaring® provides an example of a reservoir system in which a membrane mediates diffusion, resulting in release rates that are almost constant with time, whereas the investigational IVR is a matrix-type IVR. In these devices drug release is driven by Fickian diffusion through a homogeneous matrix and decays with time. Both IVRs are based on different grades of polyethylene vinyl acetate (PEVA). Accelerated drug release tests were performed at elevated temperature and in hydro-organic solvents since these two parameters were expected to increase drug diffusion through the semicrystalline EVA copolymer. Release experiments with IVRs or endcapped segments were performed in an incubator shaker. The devices were placed in stoppered flasks containing an adequate release medium that was continuously shaken and completely replaced at predetermined time points. Release experiments with endcapped segments were also performed in a small volume version of UPS apparatus 7 (the Reciprocating Holder). Results from release experiments in these two setups were in general comparable when the release from segments was standardized to release per ring with respect to the mass ratio (segment/IVR). Real-time drug release in an aqueous release medium at a temperature of 37 °C from the Nuvaring® was slightly affected by variations in the in vitro test conditions, i.e. media volume and composition (addition of solubility enhancing agents). These variations, however, did not affect the release kinetics that continued to be zero-order with exception of the initial burst. In contrast, real-time drug release from the matrix IVR was affected by the steroid solubility in the release medium, increased with increasing media volume and reached a maximum in release media containing solubility enhancing agents, resulting in distinct release kinetics. Interestingly the steroid solubility had a distinct influence on the release rate under conditions that are commonly assumed to provide sink conditions. Even under experimental conditions that provided minimum drug solubility, the concentration of ethinylestradiol in the receptor medium never exceeded 3 % of the saturation solubility. Accelerated drug release from both IVRs could be observed after exposure to elevated temperature and/or hydro-organic release media. Overall, increased drug release in different hydro-organic media correlated with polymer swelling. The higher swelling capacity of the investigational IVR, when compared with the Nuvaring®, was accounted for a stronger degree of acceleration in different hydro-organic release media. These observations were in agreement with literature sources that report that swelling as well as diffusivity in EVA copolymers increases with increasing VA content, which is lower in the rate-controlling membrane of the Nuvaring®. For the investigational IVR a good correlation between accelerated and real-time release profiles could be obtained if changes in steroid solubility under accelerated conditions were taken into consideration. For example, a good correlation could be observed between accelerated release profiles in hydro-organic media and real-time release profiles in media containing surfactants that provide maximum drug solubility and thus eliminate boundary layer effects. This observation appears reasonable since hydro-alcoholic release media also enhance steroid solubility in the receptor compartment. In case of the Nuvaring® variations in the in vitro test parameters under real-time test conditions did not affect the release kinetics. For this IVR, the mechanism of release was maintained in hydro-organic release media and at elevated temperature. The quantitative relationship between the zero-order release constants and the test temperature could be described by the Arrhenius equation, indicating that accelerated release is governed by an increase in drug diffusion. Validation of the accelerated method with a prototype of the investigational IVR with a different drug load demonstrated that the accelerated methods were able to detect formulation changes with similar discriminatory ability as the real-time test. However, the temperature-controlled accelerated method was less sensitive to detect changes in the release characteristics of a Nuvaring® that have been induced by preliminary heat-treatment, indicating that the accelerated method may be less sensitive to detect changes in IVRs that are a result of physical aging. When the aim is to develop an accelerated method for batch release it is therefore crucial to validate the accelerated method with appropriate samples from non-conforming batches that are out of specification under real-time test conditions and have been obtained by small but deliberate variations in the critical process parameters. In both formulations the degree of acceleration could be further increased by combining the effect of hydro-organic release media with an increase in temperature. Under these test conditions the ability to differentiate between the different prototypes of the investigational IVR was maintained. Moreover, in both IVRs the mechanism of release was not affected by an additional increase in temperature when compared with release profiles in hydro-organic solvents. In conclusion, the results of this study indicate that both temperature and hydro-organic release media are valid parameters to accelerate drug release from delivery systems in which the mechanism of release is primarily governed by diffusion through dense (inert) polymer matrices (i.e. inserts, implants). A correlation between real time and accelerated release will be facilitated if drug release under real-time test conditions is independent of the test parameters. To assure the outcome of the test with respect to quality and safety it is crucial to validate the accelerated method with appropriate batches.
In this thesis several methods of protein engineering were applied to explore and increase enantioselectivity and thermostability of certain carboxylesterases and to better understand the relationship between sequence, structure and function. For example, we were able to confirm the observed conservation of motifs like GX/GGGX and GXSXG, which was reported earlier. Yet, even more details were revealed and some were designated in numbers. However, the numbers may vary when even more sequences will be available, but the trend should remain the same. The power of the ABHDB lies in the information available throughout the very diverse and quite large superfamily. Structural equal positions can be easily compared and analysed regarding mutations, correlated mutations, prevalence etc., and visualization is simplified through direct output with YASARA software. The ABHDB was the first structural alignment of such a large number of known enzymes of the alpha/beta-hydrolase fold superfamily. With methods of rational protein engineering we were able to show that there is little flexibility of the GGG(A)X motif for the eukaryotic enzyme PLE 1 and the natural motif appears to be a good solution for high activity and enantioselectivity of PLE 1 in the conversion of tertiary alcohol esters. In a focused directed evolution approach, we were able to identify variants of BsteE with moderate, but significantly increased enantioselectivity in the kinetic resolution of tetrahydrofuran-3-yl acetate, and hence, were able to proof that the concept of ‘small but smart’ libraries is an efficient way to find improved mutants, while the screening effort was reduced. Moreover, we were able to show that the domain exchange enhanced the thermostability of BsubE, while expression level and activity were maintained or increased, respectively. Despite the great achievements and possibilities at present, we are not yet in the position to directly modify the gene to alter the structure in a complete predictable fashion to improve functional properties as imagined by Ulmer (1983). Nevertheless, substantial changes can be targeted and as demonstrated in this work, several broadly applicable methods are at hand. Furthermore, bioinformatics tools play an essential role in planning of experiments, analysis and interpretation.
Wir entwickelten ein klinikeigenes evidenzbasiertes Fast-Track-Konzept. Wir untersuchten 180 Patienten, die am Colon oder Rektum reseziert wurden. Die Studiengruppe wurde nach dem entwickelten Fast-Track-Konzept behandelt. Sie bestand aus 134 Patienten. Die Kontrollgruppe wurde nach traditionellem Schema behandelt. Sie bestand aus 46 Patienten. Zwischen den beiden Gruppen bestanden keine signifikanten Unterschiede bei postoperativem Erbrechen während der ersten drei untersuchten Tage. Auch hinsichtlich der Reinsertion einer Magensonde konnten zwischen den Gruppen keine signifikanten Unterschiede nachgewiesen werden. Signifikante Unterschiede in den postoperativen Infusionsmengen bestanden bereits ab dem ersten postoperativen Tag. Die Patienten der Studiengruppe verblieben signifikant kürzer auf der Intensivstation. Der Kostaufbau in der Fast-Track-Gruppe wurde zeitgerecht toleriert und zeigte signifikante Unterschiede zur Kontrollgruppe. Regelmäßige Darmmotilität und Stuhlgänge setzten bei der Studiengruppe signifikant eher ein. Die Rate allgemeiner Komplikationen konnte in der Fast-Track-Gruppe signifikant auf 6% gesenkt werden. Die Rate chirurgischer Komplikationen zeigte keine signifikanten Unterschiede. Die Patienten der Studiengruppe konnten signifikant eher aus dem Krankenhaus entlassen werden.
Klinische Ergebnisse nach Meniskusrefixation im Kniegelenk mit und ohne vorderer Kreuzbandplastik
(2014)
Das Ziel der vorliegenden retrospektiven Studie war es herauszufinden, ob es Unterschiede im Ergebnis zwischen isolierten Meniskusrefixationen (Gruppe 1) im Vergleich zu Meniskusrefixationen mit zusätzlicher einzeitiger (Gruppe 2A) oder mit zusätzlicher zweizeitiger (Gruppe 2B) vorderer Kreuzbandplastik gibt. Des Weiteren wurde untersucht, welche Faktoren eine Reruptur des genähten Meniskus beeinflussen. 81 Patienten (Gruppe 1: N=40, Gruppe 2A: N=21, Gruppe 2B: N=20) wurden nachuntersucht, die im Zeitraum von 2001 bis 2009 eine Meniskusrefixation im Kniegelenk in der Abteilung für Unfall - und Wiederherstellungschirurgie der Universitätsmedizin Greifswald erhielten. Nach einem mittleren Follow-up von 42 Monaten (Range 24-91 Monate) wurde die Nachuntersuchung unter Anwendung eines Fragebogens, einer klinischen Untersuchung und der Erhebung verschiedener Kniegelenkscores (Kniegelenksscore nach Lysholm und Gillquist, Kniegelenksscore OAK und Aktivitätsscore nach Tegner) durchgeführt. Patienten der Gruppe 1 erreichten im Lysholm Score / OAK Score durchschnittlich 91,1 / 91,8 Punkte, Patienten der Gruppe 2A 93,8 / 91,2 Punkte und Patienten der Gruppe 2B 85,0 / 85,0 Punkte. Die Unterschiede zwischen den drei Studiengruppen sind statistisch signifikant (p=0,039 / p=0,0045). Im Tegner Score und in der subjektiven Patientenzufriedenheit konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den drei Gruppen ermittelt werden. Die durchschnittliche Zeitdauer bis zur vollständigen Wiedereingliederung in den Berufsalltag betrug bei Studienteilnehmern der Gruppe 1 11,5 Wochen, bei Studienteilnehmern der Gruppe 2A 12,4 Wochen und bei Studienteilnehmern der Gruppe 2B 22,1 Wochen. Der Unterschied zwischen den drei Studiengruppen ist statistisch signifikant (p=0,0123). Die Rerupturrate des refixierten Meniskus betrug bei Patienten der Gruppe 1 12,5 % (5/40), bei Patienten der Gruppe 2A 9,5% (2/21) und bei Patienten der Gruppe 2B 25,0% (5/20) (p=0,40, nicht signifikant). Insgesamt hat sich gezeigt, dass die Rerupturrate in der vorliegenden Studie bei 14,8% (12/81) lag. Die Merkmale Geschlecht, Alter, BMI, Nikotinkonsum, Rissalter, Lokalisation, Risstyp und Risslänge / Nahttechnik zeigten keinen signifikanten Einfluss auf die Rerupturrate. War die Ätiologie der Meniskusverletzung ein Sportunfall, zeigte sich bei 10 der 42 betroffenen Patienten (23,8%) eine Reruptur. Die Rerupturrate bei Meniskusverletzungen ohne sportliche Genese lag bei 5,1% (2/39). Zwischen diesen beiden Rerupturraten konnte ein statistisch signifikanter Unterschied ermittelt werden (p=0,026). In der vorliegenden Arbeit konnten Lösungen zum Management der Meniskusrefixation in Kombination mit einer Kreuzbandversorgung aufgezeigt werden. Patienten mit Meniskusrefixation und gleichzeitiger VKB-Plastik (Gruppe 2A) wiesen ein signifikant besseres Ergebnis im Lysholm Score und OAK Score im Vergleich zu Patienten mit Meniskusrefixation und zweizeitiger VKB-Plastik (Gruppe 2B) auf. Aufgrund der später durchgeführten vorderen Kreuzbandplastik kam es bei Patienten der Gruppe 2B zudem zu einer signifikant späteren Wiedereingliederung in den Berufsalltag und damit zu einer nicht unbedeutenden Belastung für das Sozialsystem. Insgesamt hat sich gezeigt, dass die durchschnittliche Rerupturrate der Meniskusrefixation in der vorliegenden Studie bei 14,8% lag. Im Vergleich mit den Rerupturraten aktuell publizierter Studien konnte damit ein überdurchschnittlich gutes Ergebnis erzielt werden. Obwohl in der vorliegenden Studie keine signifikante Verringerung der Rerupturrate bei Patienten der Gruppe 2A aufgezeigt werden konnte, sollte in der Praxis im Hinblick auf die oben genannten Ergebnisse die Meniskusrefixation mit einzeitiger VKB-Plastik (Gruppe 2A) bevorzugt werden, sofern eine zusätzliche Verletzung des vorderen Kreuzbandes vorliegt. Für den klinischen Alltag ist weiterhin festzuhalten, dass besondere Vorsicht in der Nachbehandlung geboten ist, wenn die Ursache der Meniskusruptur ein sportassoziiertes Trauma war. In der vorliegenden Studie kam es bei diesen Patienten signifikant häufiger zu einer Reruptur. Für den Nachweis statistisch signifikanter Unterschiede zwischen den verschiedenen Rerupturraten sind weiterführende Studien mit einem großen Patientenkollektiv erforderlich. Nur so kann Klarheit darüber geschaffen werden, welche Faktoren eine Reruptur nach Meniskusnaht beeinflussen.
In der vorliegenden Arbeit wurde anhand der Krankenunterlage von 241 Patientinnen retrospektiv untersucht, inwieweit die bei präoperativ vorgenommener diagnostischer Abrasio erhobenen Befunde mit den endgültigen Ergebnissen beim Endometriumkarzinom im Zeitraum von 1998 und 2010 miteinander korrelieren.
Der Hypoglossus-Fazialis Transfer ist eine gängige Operationsmethode bei unilateraler kom-pletter Fazialisparese. Wir interessierten uns für den Zusammenhang zwischen der motori-schen Wiederherstellung der Gesichtsmuskulatur und der kortikalen Repräsentation der Lip-pen- und Zungenareale im primären somatosensorischen Kortex. Die Untersuchung von 13 Patienten, welche mittels Hypoglossus-Fazialis Transfer therapiert wurden, erfolgte zum ei-nen mit Hilfe eines funktionellen Magnetresonanztomographen (fMRT) und zum anderen dienten die Elektromyographie (EMG) der perioralen Muskulatur, neurologische Tests sowie Fotos der Gesichtsbewegungen als Parameter des klinischen Outcome. Wir konnten eine As-soziation zwischen der kortikalen Repräsentation im prä- und postzentralen Kortex (verrin-gerter Abstand der Lippen- und Zungenrepräsentationen) und den klinischen Ergebnissen der wiederhergestellten symmetrischen Lippenbewegungen (Lippenelevation) sowie der Koakti-vierung der Lippenareale während Zungenbewegung (EMG-Aktivität der Oberlippe bei Zun-genbewegungen) nachweisen. Die Studie zeigt, dass eine outcome-abhängige kortikale Reor-ganisation mit Aktivierung des kortikalen Zungenareals durch einen Hypoglossus-Fazialis Transfer ausgelöst wird, um die wiedererlangte Lippenbewegung zu ermöglichen.