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- Östrogen-Rezeptor-Modulator (2)
- Überexpression (2)
- (P)RR (1)
- (P)RR/ATP6ap2 (1)
- (Pro)renin-Sekretion (1)
- (Pro)reninrezeptor (1)
- (Simplified) Conjoint-Expected-Risk Model (1)
- (generalized) linear mixed model (1)
- (pro)renin receptor (1)
- (pro)renin release (1)
- (verallgemeinertes) lineares gemischtes Modell (1)
- +49 A/G (1)
- -318 C/T (1)
- -Enzym (1)
- 1-(S)-Phenylethanol (1)
- 1-Phenylethanol (1)
- 1-deamino-8-D-Arginin-Vasopressin (1)
- 1-deoxy sphingolipids (1)
- 1-phenylethanol (1)
- 1048715485 (1)
- 12-mere (1)
- 129 genetic background (1)
- 16S rRNA Gensequence (1)
- 19. Jahrhundert (1)
- 19. Jh. (1)
- 1999-2009 (1)
- 19th century (1)
- 1H-NMR (1)
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- 20. Jahrhundert (1)
- 24- Stunden-Augeninnendrucktagesprofil (1)
- 2D PAGE (1)
- 2D-Gelelektrophorese (1)
- 2D-PAGE (1)
- 2D-electrophoreses (1)
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- 3-> (1)
- 3-Bis(Silyl Enol Ethers) (1)
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- 30-Tage Mortalität (1)
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- 4175999-0 (1)
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- DAOY (1)
- DAOY cell line (1)
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Publisher
- Nomos (2)
Bei einem Herz-Kreislauf-Stillstand können Leitstellendisponenten mit Hilfe eines Telefonreanimationsprotokolls medizinische Laien in Wiederbelebungsmaßnahmen anleiten. Durch die Anwendung von Automatisierten Externen Defibrillatoren (AED) durch hinzukommende qualifizierte Ersthelfer (Community-First-Responder) kann die Überlebenswahrscheinlichkeit weiter gesteigert werden. Im Rahmen des Pilotprojektes MVLIFEDRONE wurde die Umsetzung eines Telefonreanimationsprotokolls, sowie die Reanimationsqualität und AED-Anwendung von Laienhelfenden und Community-First-Respondern in 48 Simulationsszenarien untersucht. Die Datenanalyse basierte auf Videoaufzeichnungen der Simulationen und Daten des Reanimationssimulators.
Die Forschungshypothese, dass bei dem aktuell in der Untersuchungsregion angewendeten Telefonreanimationsprotokolls Teilschritte in der Umsetzung durch die Laienhelfende nicht korrekt erfolgen, konnte nachgewiesen werden. Nur 64% der Laienhelfenden führten eine suffiziente Atemkontrolle durch. Bei Verwendung einer konkretisierten Atemkontrollanweisung mit Handlungsbeschreibung führten signifikant mehr Laienhelfende (92%) eine leitlinienkonforme Atemkontrolle durch, p <0,05. Verglichen zu Laienhelfenden (99 bpm), führten Community-First-Responder die Reanimation mit einer leitlinienkonformen Frequenz (109 bpm) und korrekter Handposition durch, wobei das Erreichen der Kompressionstiefe für beide Gruppen keine Herausforderung darstellte. Lautes Mitzählen der Laienhelfenden kann die Frequenz der Thoraxkompressionen verbessern. Eine Aufforderung zur Nutzung dieser Methode im Protokoll wird empfohlen. Andere Aufforderungen, wie Bewusstseinskontrolle, Entkleidung oder die Aktivierung der Freisprechfunktion, wurden von fast 100% der Laienhelfenden suffizient umgesetzt. Damit zeigen sich diese Formulierungen als verständlich und gut umsetzbar. Die vollständige Entlastung des Thoraxes wurde von beiden Helfergruppen unzureichend durchgeführt und sollte in der Ausbildung der Community-First-Responder explizit behandelt werden. In der AED-Anwendung fand sich kein signifikanter qualitativer Unterschied zwischen den Helfergruppen, wenngleich die Community-First-Responder im Mittel 20 Sekunden schneller waren. Die Hypothese der höheren Reanimationsqualität und schnelleren AED-Anwendung der Community-First-Respondern konnte bestätigt werden. Abschließend lässt sich feststellen, dass jedes Telefonreanimationsprotokoll auf seine Umsetzbarkeit und Qualität evaluiert werden sollte.
Begrenzte Knorpelschäden sind ein häufiger Befund im Rahmen von Arthroskopien des Kniegelenkes. Neben Gelenkschmerzen und Funktionsverlust sind diese mit erhöhter Inzidenz einer Gonarthrose vergesellschaftet. Es stehen eine Reihe von Therapieansätzen für Knorpelschäden des Kniegelenkes zur Verfügung. Neben oraler Medikation mit Chondroitin oder Vitamin D, sind dies Analgetika und intraartikuläre Injektionen mit Hyaluronsäure oder platelet-rich Plasma (PRP). Weiterhin stehen verschiedene operative Verfahren zur chirurgischen Therapie von begrenzten Knorpelschäden des Kniegelenkes zur Verfügung. Die Indikationsstellung und Wahl des Verfahrens wird vor dem Hintergrund der aktuellen Evidenz regelmäßig in Handlungsempfehlungen der Fachgesellschaften zusammengefasst. Zunächst wurde die Indikation zu knorpelregenerativen Verfahren auf begrenzte traumatische Knorpeldefekte bei jungen Patienten eingeschränkt, in den vergangenen Jahren zeigt sich jedoch ein Trend zur Ausweitung der Indikation. Die Handlungsempfehlungen zur Wahl des geeigneten Therapieverfahrens orientieren sich an der Größe des Defektes. Für kleinere Defekte sind in erster Linie knochenmarkstimulierende Verfahren wie Mikro- oder Nanofrakturierungen vorgesehen, die um den Einsatz einer Kollagenmembran zur temporären Fixierung der eingewanderten Zellen aus dem Knochenmark erweitert werden können. Für größere Knorpeldefekte wird die autologe Chondrozytentransplantation (ACT) empfohlen. Die ACT ist das am besten wissenschaftlich untersuchte Verfahren. Weitere chirurgische, knorpelregenerative Therapiemethoden sind das Débridement, die Thermochondroplastik (TCP) und die osteochondrale Transplantation (OCT). Im Deutschen KnorpelRegister werden seit dem Jahr 2013 chirurgische Knorpeltherapieverfahren gemonitort. Die vorliegende Arbeit ist eine Auswertung zur Indikationsstellung und Auswahl des geeigneten Therapieverfahrens in Abhängigkeit von patientenspezifischen und verletzungsspezifischen Faktoren.
Bezüglich der Indikationsstellung zeigte sich, dass das Durchschnittsalter behandelter Patienten bei 37 Jahren lag und ein Viertel der behandelten Patienten älter als 47 Jahre war. Bei 60 % der behandelten Patienten wurde Übergewicht festgestellt, bei einem Drittel der Übergewichtigen lag ein starkes Übergewicht mit einem BMI über 30 kg/m² vor. Der Großteil der behandelten Knorpelschäden war degenerativer Genese (54,7 %), im Vergleich dazu lagen seltener traumatische Knorpelschäden (21,4 %) vor. Während in 59,0 % der Behandlungen der korrespondierende Knorpel intakt war, wurde in 31,9 % der Fälle eine Schädigung Grad I oder II nach ICRS und in 6,6 % der Fälle eine höhergradige Knorpelschädigung toleriert. Intakte Menisken lagen in 53,8 % der Fälle vor, in 17,9 % der Fälle lag eine Teilresektion von weniger als einem Drittel und in 7,6 % von mehr als einem Drittel der Meniskussubstanz vor.
Die Auswertung bezüglich der Wahl des geeigneten Therapieverfahrens ergab, dass das am häufigsten registrierte Verfahren im Deutschen KnorpelRegister die ACT war (52,4 %). Weitere registrierte Verfahren waren BMS (18,4 %), ACT mit Spongiosaplastik (10,0 %), Matrix-BMS (8,3 %), Débridement (4,7 %), TCP (4,2 %) und OCT (2,0 %). Bezüglich der Wahl des geeigneten Verfahrens zeigte sich, dass prinzipiell die ACT bei größeren- (Mittelwert ± Standardabweichung: 4,4 ± 2,3 cm²) und die BMS-Verfahren bei kleineren (2,1 ± 2,0 cm²) Knorpeldefekten eingesetzt wurden, jedoch gab es eine große Varianz. Innerhalb des Mittelwertes ± der zweifachen Standardabweichung für BMS-Verfahren lagen Defekte von 0,25 bis 7,5 cm², gleichzeitig wurde bei 21,2 % der Defekte mit einer Größe von weniger als 2,0 cm² entgegen der Handlungsempfehlung eine ACT durchgeführt. Unabhängige Variablen, die zum Einsatz einer ACT bei kleinen Knorpeldefekten führten, waren Voroperationen und Defekte an Patella oder Trochlea. Unabhängige Faktoren, die bei kleinen Defekten den Einsatz eines BMS-Verfahrens begünstigten, waren höheres Patientenalter, korrespondierende Knorpelschäden und bestimmte Begleitoperationen wie Bandplastiken, Meniskustherapien und Osteotomien. Für ältere Patienten fiel eine veränderte Verteilung der häufig angewendeten Therapieverfahren auf. Während die ACT bei Patienten über 47 Jahren deutlich seltener eingesetzt wurde, wurden BMS-Verfahren, Débridement und TCP vor allem in dieser Altersgruppe eingesetzt.
Im Unterschied zu den ersten Handlungsempfehlungen zum Einsatz von chirurgischen, knorpelregenerativen Eingriffen zeigte diese aktuelle Analyse, dass die Indikation auf degenerative Defekte ausgeweitet wurde. Übergewicht stellt ebenso wie höheres Alter keine Kontraindikation für einen knorpelregenerativen Eingriff dar. Während leichtgradige korrespondierende Knorpelschäden und partieller Meniskusverlust toleriert werden, stellen auch Kissing-Lesions und subtotaler Meniskusverlust keine strikte Kontraindikation für eine operative Therapie des Knorpels dar. Es fällt jedoch auf, dass fortschreitende degenerative Veränderungen des Gelenkes den Einsatz von BMS-Verfahren wahrscheinlicher, und den Einsatz einer ACT weniger wahrscheinlich machen. Ebenso werden ältere Patienten häufiger mit, gemäß der aktuellen Literatur, im Vergleich weniger potenten, aber günstigeren Methoden wie BMS, Débridement oder TCP behandelt als jüngere Patienten, welche verhältnismäßig häufiger eine ACT erhalten. Bezüglich der Wahl des geeigneten Therapieverfahrens für einen Knorpeldefekt ist die Indikationsgrenze für eine ACT zuletzt auf 2 cm² reduziert worden. Durch die vorliegende Analyse der Daten aus dem Deutschen KnorpelRegister konnte gezeigt werden, dass die ACT regelmäßig auch bei Defekten unter 2,0 cm² angewendet wurde. Es entsteht der Eindruck, dass BMS-Verfahren häufig im Rahmen von bereits geschädigten Gelenken und bei älteren Patienten eingesetzt wurden, und eine ACT bei diesen Patienten zurückhaltend eingesetzt wurde. In Zukunft muss geprüft werden, ob die Zurückhaltung bei der Indikation zur ACT bei älteren Patienten und degenerativen Veränderungen gerechtfertigt ist, ob die Matrix-BMS auch im klinischen Alltag eine Alternative zur ACT bei mittelgroßen Knorpelschäden wird, ob das Tolerieren von Übergewicht bei der Indikationsstellung gerechtfertigt ist, ob weitere Kriterien neben der Defektgröße die Wahl des Therapieverfahrens beeinflussen sollten und welche Rolle die zuletzt vermehrt eingesetzte Minced-Cartilage Implantation in Zukunft spielen wird.
During infections, innate immune cells are crucial for initiating a pro-inflammatory immune response and clearing the invading pathogen. Delay in pathogen clearance or initiation of an immune response due to impaired functionality of immune cells can result in devastating consequences. The cellular compartment of the innate immune system comprises an array of specialized cell types: Macrophages are tissue-resident professional phagocytes that clear cellular debris, pathogens, and foreign objects. Dendritic cells (DCs) are immune sentinels specialized in antigen uptake and subsequent T cell priming. They are primary sources of cytokines in response to infection. Neutrophils are efficient effector cells that respond rapidly to infection and clear bacteria by different mechanisms. If effector mechanisms of these cells are affected by either bacterial or other factors, infections might not be resolved and can spread throughout the host. Cobalt-chromium-molybdenum biomaterial is widely used in arthroplasty. Implant-derived wear particles and ions lead to macrophage-driven adverse local tissue reactions: Such reactions have been linked to an increased risk of periprosthetic joint infection after revision arthroplasty. While metal-induced cytotoxicity is well characterized in human macrophages, direct effects on their functionality remain elusive. In Paper I, we show that local peri-implant tissue is exposed to Co and Cr in situ. Influx of macrophages is also evident. Exposure of isolated human monocytes/macrophages to Cr3+ in vitro had only minor effects. However, exposure of monocytes/macrophages to pathologic concentrations of Co2+ significantly impaired both phenotype and functionality. High concentrations of Co2+ induced loss of surface markers, including CD14 and CD16. Both Co2+ and Cr3+ impaired macrophage responses to Staphylococcus aureus infection. Co2+ -exposed macrophages, in particular, showed decreased phagocytic activity. These findings demonstrate the immunosuppressive effects of locally elevated metal ions on the innate immune response. Streptococcus pyogenes (group A streptococcus, GAS) causes a variety of diseases ranging from mild to severe necrotizing soft tissue infections (NSTIs). In the host environment hypervirulent GAS variants carrying mutations within the genes encoding for control of virulence (Cov)R/S two component system are enriched. This adaptation is associated with loss of SpeB secretion. In Paper II, we show that in vitro infections with hyper-virulent GAS variants harboring dysfunctional CovR/S suppress secretion of IL-8 and IL-18 by human monocytic cells. This phenotype was mediated by a caspase-8 dependent mechanism. Knockout of streptococcal SLO in a GAS strain carrying functional CovR/S even increased secretion of IL1β and IL-18 by moDCs. Of 67 fully sequenced GAS NSTI isolates, 28 contained covS or covR mutations that rendered the TCS dysfunctional. However, no differences in systemic IL-8 and IL-18 were detected in these patients. GAS isolates recovered from patients often display a mixed phenotype, consisting of SpeB positive (SpeB+ ) and SpeB negative (SpeB- ) clones. Irreversible loss of SpeB expression is often caused by loss of function mutations in regulatory components (CovR/S, RopB). Loss of SpeB is often associated with hyper-virulence. In Paper III, we show that the host environment induces transiently abrogated secretion of SpeB by GAS. Tissue inflammation, neutrophil influx, and degranulation correlated with increased frequencies of SpeB- GAS clones. Isolates recovered from tissue expressed but did not secrete SpeB, which was reversible. Neutrophilderived ROS were identified as the main factor responsible for abrogated SpeB secretion. Hyper-virulent SpeB- clones also exhibit better survival within and induce excessive degranulation of neutrophils.
Einfluss der Plasmabehandlung auf das transepidermale Penetrationsverhalten von Arzneistoffen
(2021)
Zusammenfassung und Ausblick
Die Forschungshypothese, dass eine Plasmabehandlung der Haut mit kaltem
Atmosphärendruckplasma zu einer lokalen Änderung der physikochemischen Eigenschaften des
Stratum corneum und dessen Struktur und (Barriere-)Funktion führt, konnte bestätigt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden morphologisch sichtbare Hautveränderungen, die
Penetrationseigenschaften verschiedener Substanzen vor und nach Plasmabehandlung sowie
Veränderungen der Lipidzusammensetzung des Stratum corneum auf molekularer Ebene analysiert.
Der wesentliche Erkenntnisgewinn der Arbeit besteht im qualitativen und quantitativen Nachweis der
gefahrlosen durch kaltes Atmosphärendruckplasma vermittelten Penetrationssteigerung von
Substanzen in die Haut mit speziellem Fokus auf das Stratum corneum.
Die Plasmabehandlung der Haut mit einem Plasmajet lockert abhängig von der
Plasmabehandlungszeit das aus Corneozyten und einer interzellulären Lipidmatrix bestehende
Stratum corneum auf. Die aufgelockerte Struktur des Stratum corneum ermöglicht eine beschleunigte
Penetration verschiedener, nach Plasmabehandlung applizierter Substanzen durch die Haut (Kapitel
4.2.). Die Penetrationssteigerung variiert dabei abhängig von den Stoffeigenschaften der
penetrierenden Substanz (zum Beispiel Molekülgröße und Lipophilie).
Die morphologische Auflockerung des Stratum corneum spiegelt sich im nach der Plasmabehandlung
veränderten Ceramid-Profil wieder. Die veränderten Barriereeigenschaften in den obersten Schichten
des Stratum corneum nach einer einminütigen Plasmabehandlung lassen sich über die Interaktion von
plasma-produzierten reaktiven Spezies mit Lipiden der Haut (insbesondere Triacylglycerolen) und
die dadurch vermittelte Bildung von Triacylglycerol-Oxidationsprodukten erklären (Kapitel 4.4.).
Eine Plasmabehandlung hat im Bereich der in der Dermatologie für den kINPen MED empfohlenen
Anwendungsdauer von 15 s/cm² bis 1 min/cm² keine negativen Auswirkungen auf die Haut (keine
gesteigerte Anzahl an Apoptosen im Stratum basale, Möglichkeit der Regeneration des
aufgelockerten Stratum corneum von basal, (Kapitel 4.3.)). Längere Behandlungszeiten von 2
min/cm² bis 5 min/cm² können jedoch zu Apoptosen in für die Zellregeneration bedeutenden
Schichten führen.
Im Gegensatz zu anderen Methoden zur transdermalen Penetrationssteigerung besteht bei der Plasma-
vermittelten Penetrationssteigerung auf Grund der antibakteriellen Plasmaeigenschaften und der
Penetrationsbeschleunigung von ausschließlich kleinen Stoffen (Größe unter 689 nm) ein geringeres
Risiko der Infektion der behandelten Hautbereiche durch die Einwanderung von Bakterien und
Pilzen. Die Plasmabehandlung stellt demnach eine zukunftsträchtige Möglichkeit zur gefahrlosen
Penetrationssteigerung von Arzneistoffen durch die Hautbarriere dar.
Da die in dieser Arbeit gewonnenen Daten in vitro mit Hilfe eines Schweineohrmodells ermittelt
wurden, ermöglichen sie einen ersten Einblick in die Reaktion der gesunden menschlichen Haut auf
die Plasmabehandlung, lassen sich jedoch nicht eins zu eins auf die in vivo-Situation am menschlichen
Körper übertragen. Zudem sollte bei der Plasmabehandlung in vivo beachtet werden, dass es am
menschlichen Körper große intra- und interindividuelle Unterschiede in der Beschaffenheit der
Hautbarriere gibt, welche zu unterschiedlich starken Effekten der Plasmabehandlung führen könnten.
Ein Vergleich der Penetrationseigenschaften weiterer Stoffe mit unterschiedlichen hydro- und
lipophilen Stoffeigenschaften sowie unterschiedlichen Molekülgrößen vor und nach
Plasmabehandlung wäre für weitere Forschungsarbeiten empfehlenswert. Auf diese Weise könnte
erforscht werden, auf welche Substanzen die Plasmabehandlung der Haut den größten Einfluss hat
und es wären weitere Rückschlüsse auf die Form der aufgelockerten Bindungen, sowie auf eine
eventuelle Interaktion modifizierter Stratum corneum-Bestandteile mit der penetrierenden Substanz
möglich. Gleichzeitig könnten die Versuche mit längeren Penetrationszeiten wiederholt werden, um
zu überprüfen, ob tatsächlich eine Rechtsverschiebung des Peaks der Konzentration der penetrierten
Substanzen (siehe Kapitel 3.4. und Kapitel 3.5.) in tiefere Hautbereiche stattfindet.
Ein direkter Vergleich penetrationssteigernder Methoden (beispielsweise Mikronadeln und
Plasmajet) wäre interessant, um die verschiedenen Systeme auch quantitativ vergleichen zu können
und zu analysieren, ob die Vorteile der plasmavermittelten Penetrationssteigerung gegenüber der
Mikronadelmethode durch die Menge an penetrierter Substanz ausgeglichen werden können.
Neben den Lipiden könnte auch die Modifikation weiterer Stratum-corneum-Bestandteile ursächlich
für die veränderten Barriereeigenschaften der Haut nach Plasmabehandlung sein. Interessant wäre
deshalb auch die Untersuchung der Stratum-corneum-Peptide und -Proteine vor und nach
Plasmabehandlung.
Um die Reaktion der Haut in vivo auf die Plasmabehandlung besser vorhersagen zu können und damit
die im Rahmen dieser Arbeit erlangten Erkenntnisse in die klinische Praxis übertragen zu können,
sind weitere Studien nötig. Diese könnten die in vitro-Experimente am Schweineohr beispielsweise
auf ein in vivo-Mäusehautmodell übertragen. An einem frischen Mäusehautmodell wäre auch die
Untersuchung längerer Penetrationszeiten sowie die Geschwindigkeit der Hautregeneration und dem
damit Verbundenen Wiederaufbau der Hautbarriere nach Plasmabehandlung möglich.
Nach einer Verifizierung der Ergebnisse in vivo könnten die im Rahmen dieses Projekts gewonnenen
Erkenntnisse in Zukunft auf den klinischen Alltag übertragen werden. Für Langzeittherapien bei
speziellen Patientengruppen mit Problemen bei der oralen Medikamentenaufnahme (beispielsweise
in Form von Resorptionsstörungen im Magen-Darm-Trakt) oder bei einem starken First-Pass-Effekt
des Medikaments in der Leber ist die transdermale Medikamentenapplikation eine
Ausweichmöglichkeit, welche durch eine vorherige Plasmabehandlung der Haut noch verbessert
werden würde.
Im Rahmen des bereits etablierten medizinischen Anwendungsfelds von kaltem
Atmosphärendruckplasma bei der Behandlung chronischer Wunden könnte eine Plasmabehandlung
der Wundränder und angrenzender gesunder Hautbereiche die Penetration von nach der Behandlung
applizierten wundheilungsfördernden Cremes und Gels im betroffenen Gebiet beschleunigen und so
die Heilungsaussichten noch weiter verbessern.
Das wichtigste Ziel am Ende des Lebens im Rahmen der Palliativmedizin ist eine ausreichende Symptomkontrolle, um die Lebensqualität bestmöglich zu erhalten oder sogar zu steigern. Dennoch leiden weiterhin Menschen an ihren letzten Tagen an Schmerzen. Bei onkologischen Patienten spielt insbesondere der Durchbruchschmerz eine große Rolle. Es ist bekannt, dass Opioide wie unter anderem Morphin eine gute Möglichkeit bieten, die Beschwerden zu reduzieren. Bislang gibt es keine Übersichten oder Empfehlungen für mögliche Dosierungen. Weiterhin herrscht eine große Angst vor möglichen Nebenwirkungen und einer Überdosierung.
Ziel dieser Studie ist es zu helfen, die schmerzmedizinische Unterversorgung zu reduzieren. Durch eine individuelle Betrachtung der jeweiligen Tumorerkrankungen und ggf. Metastasierung ist es möglich, eine gezielte Opioidtherapie zu gewährleisten. Das Erheben der Schmerzstärken und die jeweils erhaltene Opioiddosierung helfen, Dosierungen besser an die tatsächlichen Schmerzen anzupassen. In dieser Arbeit wurde eine Übersicht zu den Opioiddosierungen entwickelt, um den Behandlern eine Unterstützung zu geben.
Für diese retrospektive Studie wurden die Daten von insgesamt 292 verstorbenen Tumorpatienten (ohne chronisches Schmerzsyndrom) auf der Palliativstation der Universität Greifswald im Zeitraum von 3 Jahren ausgewertet. Die durchschnittliche Liegedauer betrug 7,4 Tage. Patienten mit Bronchialkarzinom waren am häufigsten vertreten, Prostatakarzinom am seltensten. 11,6% litten an einem zweiten Primärtumor und fast Dreiviertel litten an einer Metastasierung. Lebermetastasen waren am häufigsten vertreten. Durchschnittlich litten die Patienten an Schmerzen in Ruhe von 2,7/10 am Aufnahmetag und von 1,1/10 am Sterbetag. Der Opioidbedarf schwankte am Aufnahmetag zwischen 0 und 1323 mg Opioid in Morphin-oral-Äquivalent mit durchschnittlich 117 mg. Am Sterbetag verdoppelte sich der Maximalwert auf 2778 mg und der Durchschnittswert stieg auf 211 mg Morphin-Oral-Äquivalent.
Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren litten bei Aufnahme an den stärksten Schmerzen mit durchschnittlich 4 von 10 und benötigten signifikant höhere Opioiddosierungen (durchschnittlich 256 mg Morphin-Oral-Äquivalent). Das Vorhandensein von Metastasen verdoppelte im Gesamtkollektiv signifikant den Opioidbedarf am Sterbetag von durchschnittlich 113 mg auf 244 mg Morphin-Oral-Äquivalent.
Die Studie zeigt, dass teils deutlich höhere Opioiddosierungen als bisher in der Praxis üblich nötig sind, um das Ziel einer Schmerzstärke von 3/10 in Ruhe, bzw. 5/10 bei Belastung zu erreichen. Die herausgearbeitete Übersicht ermöglicht eine bessere Anpassung der nötigen Opioiddosierungen in Abhängigkeit der Tumorlokalisation und der jeweiligen Metastasierung am Ende des Lebens. Nicht zuletzt soll diese Arbeit dazu beitragen, Vorbehalte gegen eine zur Schmerzfreiheit notwendige, hoch erscheinende Opioiddosierung auszuräumen.
Gleichzeitig spielen in einem multimodalen Schmerzkonzept nicht nur Opioide eine wichtige Rolle. Vielmehr ist es ein interdisziplinäres Konzept, welches auf alle Aspekte des bio-psycho-sozialen Modelles eingehen muss, um eine optimale Behandlung für den Menschen am Ende des Lebens zu gewährleisten. Weiterhin sind insbesondere regelmäßige palliativmedizinische Fort- und Weiterbildungen aller Fachdisziplinen entscheidend, damit unter anderem im Bereich der Schmerzmedizin Aufklärung betrieben werden kann. Diese Studie und die daraus resultierenden Ergebnisse bilden einen wichtigen Schritt zum Erreichen einer adäquaten schmerzmedizinischen Versorgung am Ende des Lebens.
Convolutional Neural Network-based image classification models are the current state-of-the-art for solving image classification problems. However, obtaining and using such a model to solve a specific image classification problem presents several challenges in practice. To train the model, we need to find good hyperparameter values for training, such as initial model weights or learning rate. However, finding these values is usually a non-trivial process. Another problem is that the training data used for model training is often class-imbalanced in practice. This usually has a negative impact on model training. However, not only is it challenging to obtain a Convolutional Neural Network-based model, but also to use the model after model training. After training, the model might be applied to images that were drawn from a data distribution that is different from the data distribution the training data was drawn from. These images are typically referred to as out-of-distribution samples. Unfortunately, Convolutional Neural Network-based image classification models typically fail to predict the correct class for out-of-distribution samples without warning, which is problematic when such a model is used for safety-critical applications. In my work, I examined whether information from the layers of a Convolutional Neural Network-based image classification model (pixels and activations) can be used to address all of these issues. As a result, I suggest a method for initializing the model weights based on image patches, a method for balancing a class-imbalanced dataset based on layer activations, and a method for detecting out-of-distribution samples, which is also based on layer activations. To test the proposed methods, I conducted extensive experiments using different datasets. My experiments showed that layer information (pixels and activations) can indeed be used to address all of the aforementioned challenges when training and using Convolutional Neural Network-based image classification models.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung von kaltem Atmosphärendruckplasma (CAP) auf Candida albicans in Wurzelkanälen extrahierter menschlicher Zähne untersucht. CAP wurde als Monotherapie und als Kombinationstherapie mit Spüllösungen (Natriumhypochlorit, Chlorhexidin und Octenidin) appliziert. Die antimikrobielle Wirksamkeit wurde als Logarithmus der koloniebildenden Einheiten (log10 CFU/ml) aus Wurzelkanalabstrichen beurteilt. Ergänzend wurden exemplarisch rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der behandelten Wurzelkanäle erstellt.
Die Plasmamonotherapie zeigte die höchste antimikrobielle Wirksamkeit. Ein signifikanter Unterschied im Vergleich zu den Spüllösungen wurde bereits nach 6 min erreicht. Weder eine Steigerung der Behandlungszeit auf 12 min noch eine Kombinationstherapie führten zu einer signifikanten Verbesserung des Behandlungsergebnisses.
In Deutschland sind etwa 4 Millionen Menschen von einer der 5000 – 8000 seltenen Erkrankungen betroffen. Da etwas 80% seltenen Erkrankungen genetische Ursachen haben spielen genetische Untersuchungen eine zentrale Rolle in der Diagnostik seltener Erkrankungen. Jedoch sind genetische Tests mit vielen ethischen Herausforderungen verbunden. Insbesondere die Durchführung genetischer Testungen für seltene Erkrankungen erfordert ein umfassendes Verständnis der Komplexität und Vielfältigkeit der relevanten ethischen Aspekte.
Die hereditäre chronische Pankreatitis ist ein Beispiel für eine seltene, genetische Erkrankung. Sie hat in Deutschland eine Prävalenz von 1:800.000 und kann durch verschiedene Genmutationen hervorgerufen werden. Bisher ist wenig bekannt über das Krankheitserleben von Patient*innen die von der hereditären chronischen Pankreatitis betroffen sind. Eine weitere, wenig untersuchte Perspektive ist die der Angehörigen.
Anhand einer qualitativen Interviewstudie mit Patient*innen sowie Angehörigen von Patient*innen wurde die Lebensrealität von Betroffenen der hereditären, chronischen Pankreatitis untersucht. Dabei stellte sich genetische Testung als eines der zentralen Themen heraus und wurde in einer Fokusgruppe vertieft. Ergänzt wurden diese Ergebnisse durch ein systematisches Literatur Review ethischer Aspekte zu genetischer Testung bei seltenen Erkrankungen.
Die Ergebnisse beider Studien sind komplex und vielfältig. Einige Zentrale ethische Aspekte zu genetischer Testung bei seltenen Erkrankungen konnten sowohl in der Interviewstudie wie auch im Literatur Review gefunden werden, zum Beispiel Familienplanung, Testung in der Kindheit oder Testung bei fehlenden kausalen Therapieoptionen. Aber auch Differenzen konnten gezeigt werden, wie zum Beispiel die Beeinflussung der Test Teilnahme durch Familiendynamiken. Dies Thema spielte eine große Rolle in der Interviewstudie, im Literatur review konnten jedoch keine Aspekte zu Familiendynamiken gefunden werden.
Diese Ergebnisse dieser Arbeit Bilden eine Vielzahl komplexer ethischer Aspekte ab. Sie können damit Ausgangspunkt für weitere vertiefende Forschungen sin. Darüber hinaus beinhalten sie wichtige Informationen für die Beratung und Betreuung von Patient*innen mit seltenen genetischen Erkrankungen.
Hepatitis E virus (HEV) is emerging worldwide as a zoonotic pathogen that has remained largely undetected for decades, if not centuries. Its enormous success can be attributed to the wide range of host species, which can transmit the virus to humans, depending on the viral genotype. As a result, HEV is likely to remain a challenge even when the remaining hepatitis viruses (HAV, HBV, HCV), which are transmitted exclusively between humans, are under control. Although millions of HEV infections occur each year, little is known about this puzzling pathogen. One major issue in HEV research is the lack of reliable model systems. Established animal models are inefficient, expensive, or simply not representative of human HEV. On the other hand, cell culture systems are limited by the slow growth of the virus and inefficient replication and infection. The aim of this work is to with deepen the understanding of zoonotic HEV in animal hosts in Germany. For this purpose, a molecular and phylogenetic characterization of HEV sequences from rabbits and swine was conducted. A novel subtype of the zoonotic genotype HEV-3 was identified in a rabbit sample, further emphasizing the role of rabbits as HEV host species and possible reservoir of zoonotic HEV infections in Germany. On the other hand, a molecular biological screening of pigs and wild boars in Mecklenburg-Western Pomerania indicates a wide range of HEV-3 subtypes circulating in swine in north-east Germany. Furthermore, an optimized replicon system was established in order to enable characterization of various HEV sequences by reverse genetics. As a proof of concept, two rabbit HEV derived replicons were compared with two established, cell culture adapted HEV strains. The influence of different regions of the nonstructural protein on HEV replication was determined and quantified. In particular, a system was established, to reproducibly compare different strains and genotypes. This refined replicon system will enable the characterization of further HEV sequences and thus expand the knowledge on the determinants of the viral life cycle.
Die vorliegende Arbeit stellt eine bislang in der Kunstgeschichte vernachlässigte Frage: Wie verhalten sich, in der dänischen Malerei von den 1800er bis zu den 1860er Jahren, der Entwurf einer national-romantischen Landschaft im Bild, die parallele Konjunktur der Orient-Darstellungen und die visuelle Repräsentation der kolonialen Gebiete zueinander? Während das ehemals weltumspannende dänische Herrschaftsgebiet im Verlauf des 19. Jahrhunderts auf die uns heute bekannte Größe zusammenschrumpfte, sein gemalter Bildraum im gleichen Zeitraum weit in das Imaginäre expandierte. Umso kleiner das faktisch beherrschte Reich war, desto größer wurde es in seinen Bildern. Die Überlegungen dieser Arbeit berühren damit in ihrem spezifischen Fokus grundlegende Fragen der Kunstgeschichte des ‘langen’ 19. Jahrhunderts von Landschaft, Nation und Identität, sowie der Bildmedien, Darstellungstechniken und Wissensnetzwerke, die sich in den Bildern, die dieses Jahrhundert hervorgebracht hat, verdichten.
Die Arbeit ist in drei Hauptkapitel gegliedert. Das erste Kapitel leitet anhand der Geschichte der Kopenhagener Kunstakademie her, wie sich eine Form der dänischen Nationalromantik in der Malerei etablieren konnte. Es zeigt sich, dass durch einige grundlegende Änderungen der Herangehensweise an das Handwerk der Malerei eine sich verändernde Inszenierung von Natur im Bild einsetzte. In diesem Kapitel wird die malerische und ontologische Bewegung von einem beobachtbaren Bildraum hin zu einem als Landschaft erfahrbaren Bildraum nachgezeichnet und plausibel gemacht. Daran anknüpfend weist das zweite Kapitel eine klare Verbindung zwischen dänischer Nationalromantik und dänischem Orientalismus nach. Es handelt sich hierbei nicht um Einzelfälle, sondern um ein weit verbreitetes, bislang in der Kunst übersehenes, Phänomen. Anhand zahlreicher Beispiele wird nachvollziehbar, wie der dänische Sonderweg innerhalb der Orientdiskurse des 19. Jahrhunderts seinen Lauf nahm, und auf welche Weise dänische Künstler dabei nicht nur orientalistische Bilder konstruierten, sondern mithilfe des imaginierten Orients die dänische visuelle Identität über die eigene Nationallandschaft hinaus erweiterten und sie von Raum und Zeit loslösten. Im dritten Kapitel stehen schließlich die Bilder aus und von den karibischen Inseln des kolonialen Dänemarks im Zentrum der Analyse. Sowohl die Rezeptionsgeschichte der kolonialen Landschaftsmalerei als auch die sich deutlich davon absetzende Freilichtmalerei in der Karibik werden in ihren Formen und in ihrer jeweiligen Wirkmächtigkeit herausgearbeitet.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Kunst des dänischen Goldenen Zeitalters eine visuelle Raffinierung der Natur als nationalen Identifikations- und Erlebnisraum entwirft. Die Natur im Bild wird in diesem Sinn nicht nur als Landschaft betrachtbar, sondern wird gleichzeitig auch in eine quasi partizipative Nation-Natur transzendiert. Hier manifestiert sich eine besondere Qualität – oder Herausforderung – des Bildes im Gegensatz zur Literatur: Das Bild will einen Gesamtentwurf anbieten, der auf den ersten Blick innerhalb des Rahmens schlüssig ist. Die Malerei des dänischen Goldenen Zeitalters vermochte es, so kann diese vorliegende Untersuchung demonstrieren, klarer als andere parallele Strömungen, sowohl das Konstrukt ’Orient‘ als auch den national-romantischen Raum ’Dänemark‘ aus seiner Ortsgebundenheit herauszulösen und mittels eines gestochen-scharfen Realismus, in eine fiktionale Ortsungebundenheit zu überführen. Die koloniale Ortsspezifik zeichnet sich zudem durch eine weitere Ellipse aus: Hier stehen sich die naturwissenschaftlich strengen Darstellung der kolonialen Flora, Fauna und Subjekte, und die zu beobachtende Praxis der besonders freien, performativen plein air-Malerei in der Karibik gegenüber. Für die dänische Malerei des 19. Jahrhunderts wird somit erstmals deutlich, dass sich die visuelle Erfindung einer dänischen Landschaft und der imaginäre dänische Orient in überraschend deutlicher Weise im Bild überschneiden; die Bilder aus und von den kolonialen Landschaften der Karibik ergänzen, bzw. bedingen sogar augenscheinlich das sogenannte ’Dänische Goldene Zeitalter.‘
Stichwörter: Kunstgeschichte; Skandinavistik; Kunst des 19. Jahrhunderts; Dansk Gulalder; Malerei; Nation; Identität; Orientalismus; Kolonialismus; Postkolonialismus; Dänemark; Nordic Orientalism; Norwegen; US Virgin Islands; Karibik; Orient; Christoffer Wilhelm Eckersberg; Peter Christian Thamsen Skovgaard; Thomas Lundbye; Martinus Rørbye; Elisabeth Jerichau-Baumann; Hans Johan Frederik Berg; Anton Melbye; Fritz Melbye; Frederic Church; Camille Pissarro.
Prüfungsangst ist eine besondere Form der Situationsangst, welche unter einer Vielzahl von Studierenden weit verbreitet ist und durchaus zur negativen Beeinträchtigung der akademischen Leistungen von diesen führt. Es sind bereits mehrere Instrumente erprobt, welche die Angst vor Prüfungen verringern können. Eine mitunter am häufigsten beschriebene Methode ist das Expressive Schreiben, die ausdrucksstarke Offenlegung der Gedanken und Emotionen über eine bevorstehende Prüfung. Die Ohrakupunktur, eine komplementärmedizinische Methode, ist ebenfalls eine vielversprechende Verfahrensweise zur Behandlung von situationsbedingter Angst.
Die vorliegende Studie basiert auf der Grundlage der Ergebnisse einer 2012 verfassten randomisierten Cross-over-Studie durch Klausenitz et al. , wobei gezeigt wurde, dass die Ohrakupunktur bei der Behandlung von Angstzuständen dem Placebo-Verfahren überlegen ist. Um die tatsächliche klinische Wirksamkeit der Ohrakupunktur bei der Behandlung von Prüfungsangst bei Medizinstudierenden vor einer Prüfung weiter zu bewerten, wurde als Vergleich das Expressive Schreiben herangezogen. Die Hypothese, dass sowohl Ohrakupunktur als auch Expressives Schreiben die Angst reduzieren, den Schlaf verbessern und somit die akademische Leistung der Medizinstudenten bei Anatomieprüfungen steigern, hinterfragt den Forschungsbestand dieser Arbeit. In die Studie wurden 37 Zahn- und Humanmedizinstudierende eingeschlossen. Diese legten im Zeitraum von April bis Juli 2014 drei vom Umfang vergleichbare mündliche makroskopische Anatomietestate ab. Vor der jeweiligen Prüfung durchlief jeder Proband randomisiert eine der drei Studienbedingungen: „Ohrakupunktur“, „Expressives Schreiben“ und „keine Intervention“. Die Prüfungsangst wurde mit dem Spielberger State-Trait-Angst-Inventar (STAI) und einer visuellen Analogskala (VAS 100) erfasst. Des Weiteren wurden neben der Analyse der Speichel-Alpha-Amylase die Schlafqualität, die Kreislaufparameter sowie die Prüfungsleistung dokumentiert.
Gegenüber den Ausgangswerten und dem Expressiven Schreiben konnte für die Ohrakupunktur eine signifikante Reduktion der Prüfungsangst, gemessen mit STAI, gezeigt werden. Dabei war der größte Effekt der Ohrakupunktur nach der Intervention am Abend vor der Prüfung zu verzeichnen (STAI State Werte 49 ± 8 vs. 56 ± 11, P = 0.015; Mittelwerte ± Standardabweichung). Des Weiteren konnte eine verbesserte Schlafqualität nach Ohrakupunktur registriert werden.
Die orale Einnahme stellt für Patienten die einfachste und unkomplizierteste Möglichkeit dar, ein Arzneimittel zu applizieren und ist das angestrebte Ziel der Arzneimittelentwicklung. Dem entgegen stehen jedoch die evolutionär entstandenen Möglichkeiten des Körpers, aufgenommene Fremdstoffe zu inaktivieren und zu eliminieren. Ein Zusammenspiel aus anatomischen Gegebenheiten und den Enzymen des Fremdstoffmetabolismus sorgt dafür, dass ein Teil der oral applizierten Dosis bereits verstoffwechselt wird, bevor er über das arterielle System an den Wirkort gelangen kann (first-pass-Effekt). Als Ort dieses Metabolismus wurde, neben der Leber, auch der Darm identifiziert. Um das Ausmaß des first- pass-Effektes abschätzen zu können, werden Daten über den Gehalt der arzneistoffmetabolisierenden Enzyme in diesen Organen benötigt. Als Methode der Wahl bietet sich dazu die LC-MS/MS an, da mit ihr verschiedene Enzyme in einem analytischen Lauf bestimmt werden können und sie sich durch eine hohe Empfindlichkeit, Reproduzierbarkeit und Spezifität auszeichnet.
Mit der vorliegenden Arbeit wurde das analytische Spektrum der bisher publizierten Methoden zur Bestimmung von CYP- und UGT-Enzymen erweitert. Mit der neuen Methode können nun zwei Carboxylesterasen, 17 CYP-Enzyme und fünf UGT-Enzyme quantifiziert werden. Weiterhin wurde die Methode anhand von Richtlinien für bioanalytische Methoden umfassend validiert. Durch die Verwendung von rekombinant hergestellten arzneistoffmetabolisierenden Enzymen konnte der gesamte analytische Prozess, von der Probe bis zum Endergebnis, erstmalig umfassend charakterisiert werden. Dabei zeigte sich eine, für einen derart komplexen Prozess bemerkenswerte Präzision von maximal 15,5% Variation nach sechsmaliger Durchführung.
Die entwickelte Methode wurde dann auf gepaarte Proben aus Leber und Jejunum von elf gesunden Organspendern angewendet. Im Jejunum wurden CES1, CES2, CYP2C9, CYP2C18, CYP2C19, CYP2D6, CYP2J2, CYPA4, CYP3A5, CYP4F2, CYP4F12, UGT1A1, UGT1A3, UGT2B7 und UGT2B17 gefunden. In der Leber konnten alle untersuchten Enzyme (CES1, CES2, CYP1A1, CYP1A2, CYP2A6, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C18, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP2J2, CYP3A4, CYP3A5, CYP3A7, CYP4F2, CYPF12, UGT1A1, UGT1A3, UGT2B7, UGT2B15 und UGT2B17), bis auf CYP4A11 nachgewiesen werden. Für einige Enzyme (CES2, CYP2C18, CYP2C19, CYP2J2, CYP3A4, CYP4F2, CYP4F12) wurden im Jejunum Enzymgehalte gemessen, die mit denen in der Leber vergleichbar sind, was noch einmal unterstreicht, dass der Darm auch als klinisch relevanter Ort des Arzneistoffmetabolismus betrachtet werden muss. Auffällig war hier zudem die deutlich höhere Variabilität in den Darmproben, verglichen mit den Leberproben, die ihre Ursache in Umwelteinflüssen oder dem Mikrobiom des Darms haben könnten. Außerdem wurde die Expression der zugehörigen Gene mittels quantitativer real-time PCR untersucht. Hier bestand nur in einigen Fällen eine signifikante Korrelation zwischen Genexpression und Proteingehalt, was für zwischengeschaltete regulatorische Mechanismen spricht.
Weiterhin wurden mit dieser Methode Leberproben einer Kohorte von Patienten mit Krankheitsbildern, die mit einer Einschränkung der Leberfunktion einhergehen, untersucht. Dazu wurden die Patienten nach der verbleibenden Leberfunktion (Child-Pugh-Score) und nach der zugrundeliegenden Erkrankung eingeteilt. Es zeigt sich eine generelle Abnahme des Gehaltes an arzneistoffmetabolisierenden Enzymen mit fortschreitender Verschlechterung der Leberfunktion, wobei sich CYP2E1 als besonders anfällig erwiesen hat und bereits in Child- Pugh-Klasse A signifikant erniedrigt war. Bei den verschiedenen Erkrankungen zeigt sich ein uneinheitliches Bild, die prozentuale Verteilung der Enzyme ist jedoch bei allen Erkrankungen gegenüber den gesunden Kontrollproben verändert.
Über die Regulation der Expression von arzneistoffmetabolisierenden Enzymen ist bisher noch wenig bekannt. Es gibt aber Hinweise aus der Literatur, dass bestimmte nukleäre Rezeptoren an der Regulation der Enzyme beteiligt sein können. Deshalb wurde eine LC-MS/MS-basierte targeted-proteomics-Methode zur Quantifizierung von nukleären Rezeptoren in Darm- und Lebergewebe entwickelt und validiert. Im Gewebe konnten nur AhR und HNF4α nachgewiesen werden, da die Empfindlichkeit des verwendeten experimentellen Ansatzes vermutlich nicht ausreichend ist. Dabei war HNF4α in Darmgewebe deutlich höher exprimiert als AhR. Außerdem wurde die Expression der nukleären Rezeptoren auf Genebene durch quantitative real-time PCR untersucht. Dabei wurde eine höhere Expression von CAR in der Leber gefunden, während PXR in Darm stärker exprimiert wird. Dies entspricht den Erkenntnissen aus der Literatur, nach denen CAR einen regulatorischen Effekt auf arzneistoffmetabolisierende Enzyme in der Leber hat, während dies für PXR in Darm zutrifft. Diese Arbeit kann einen Beitrag zum weitergehenden Verständnis der Regulation von arzneistoffmetabolisierenden Enzymen durch nukleäre Rezeptoren beitragen.
Bei allen diesen Arbeiten gilt es zu beachten, dass das Vorhandensein eines Proteins nicht zwangsläufig mit seiner Aktivität gleichzusetzen ist. Jedoch zeigen zahlreiche Beispiele aus der Literatur, dass sich mit den Daten aus Proteomics-Studien PBPK-Modelle aufstellen lassen, die die in klinischen Studien erhobenen Daten mit beeindruckender Genauigkeit reproduzieren können.
In their idealized forms, enzymes can facilitate complex reactions with extreme specificity and selectivity. Additionally, in this imaginative form, they only require mild reaction conditions, resulting in low energy consumption, and they are biodegradable, efficient, reusable, and sustainable. Unfortunately, this idealized form often deviates significantly from reality, where enzymes are more likely to be associated with marginal stability and low reaction rates, leaving them less than desirable for many industrial applications. As such, if we could master the process of engineering the configuration of a protein towards a given task, the implications could be staggering.
This thesis aims to contribute to the process of protein engineering, mainly how computational tools can be used to make the protein engineering process more efficient and accessible.
Article I explores the current state of the art in machine learning-guided directed evolution and serves as a foundation for Article II, which is a concrete application of these techniques to an engineering campaign. Despite successfully improving overall activity and selectivity, we also observe limitations and constraints within the methodology. Article III then delves into these drawbacks and attempts to lay the foundation for a more generalizable and, more importantly, efficient engineering workflow, balancing the strengths and weaknesses of computational techniques with advances in gene synthesis. We then validated this novel pipeline in Article IV, where we show the potential of this methodology. Article V describes a more standard protein engineering campaign on squalene-hopene cyclases for potentially interesting products in the flavor and fragrance industry. Lastly, Article VI outlines a PyMol plugin for molecular docking.
The combination of the Layer-by-Layer (LbL) method, a nano-material such as carbon nanotubes (CNTs), and charged polyelectrolytes (PEs) is a reliable approach to produce highly functionalized surface coatings. These coatings are stable, controllable, ultra-thin, and most importantly, biocompatible. The ability to tune their properties by varying the preparation conditions and the terminating layer opens up a wide range of applications in the fields of biology and medicine. Here, the goal was to create electrically conductive coatings on which cells grow and proliferate. To achieve this goal, a coating with a stable conductive film structure, a suitable film surface topography, and suitable surface potential (and 𝜁-potential) must be prepared.
At the beginning of this thesis, the focus was on the fabrication of electrically conductive multilayer films, whose electrical properties should be stable and adjustable in a controlled manner (Article 1). The combination of chemically modified CNTs as polyanions, a strong linear polycation like poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDADMA), and the LbL-method allowed us to prepare such films. Their characterization was carried out in air at ambient conditions. Since PDADMA is non-conductive, the charge transfer within the film and thus the electrical conductivity itself depends mainly on the CNTs and their arrangement. It was found that four CNT/PDADMA bilayers (BL) were always necessary to create a lateral network structure with multiple CNT crossing points to enable and support electron transport within the film. Moreover, additional CNT/PDADMA BL resulted in decreasing sheet resistance, while the conductivity remained constant at ≈ 4 kS/m regardless of the number of bilayers. Increasing the PDADMA molecular weight (Mw) from 44.4 kDa to 322 kDa did not affect film properties such as thickness or electrical conductivity.
However, increasing the CNT concentration from 0.15 mg/ml to 0.25 mg/ml in the deposition suspension resulted in thicker and less conductive films. This is attributed to a faster adsorption process of the CNTs leading to more adsorption sites for the polycation. We found an increased PDADMA monomer/CNT ratio compared to films prepared with the lower CNT concentration in the deposition suspension. The electrical conductivity decreased by a factor of four down to 1.1 kS/m, which can be attributed to fewer contact points between the CNTs. Overall, we were able to prepare stable and electrically conductive multilayer films. Additionally, by varying the preparation conditions tuning of the electrical conductivity is possible.
To fulfill requirements regarding i.e., medical implants, film properties not only have to be stable and controllable in a dry state (described in Article 1) but also in a biological aqueous environment. Therefore, in Article 2 we immersed our coated samples in three different solutions usually employed in biological research and compared their properties with their dry state, respectively. Also, hydration/swelling effects that normally occur for polyelectrolyte multilayer films (PEMs) in solutions were investigated.
For the film preparation, PDADMA (Mw = 322 kDa) and a deposition suspension of modified CNTs with two different concentrations (0.15 mg/ml and 0.25 mg/ml), which aged for two years, were used. Independent of the CNT suspension concentration, it turned out that the film thickness of the samples, prepared from the aged suspension, decreased significantly compared to the film thickness previously measured in Article 1. As a cross-check a new and fresh CNT suspension was made, which allowed us to reproduce the film thickness described in Article 1.
These results indicated that something happened with the CNT suspension over a two-year period. An analysis via X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed a decrease in the percentage of functional groups in the CNTs from the aged suspension. The loss of functional groups resulted in less negatively charged CNTs and thus in fewer adsorption sites for the polycation PDADMA. Consequently, the PDADMA monomer/CNT ratio decreased, which lowered the thickness per bilayer by a factor of three, compared to films prepared with a freshly prepared CNT suspension. The lower linear charge density of the aged CNTs also enhanced their hydrophobicity, which is, in combination with the electrostatic forces, another important factor for multilayer cohesion. In contrast to PEMs made from polycations and polyanions, no swelling of the films occurred when immersed in solutions. This can be attributed to the fact that the increased hydrophobicity of the CNTs and the hydrophobic nature of the PDADMA backbone prevent the incorporation of water into the multilayer film. In solution, the films slightly shrink (by ≈ 2 nm), which makes them even more compact. Yet they remain stable. The result is an increased electrical conductivity from 9.6 kS/m, in the dry state, up to 15.3 kS/m immersed in solutions. To summarize, we showed that by tuning the interpolyelectrolyte forces the swelling and the ensuing decrease of the electrical conductivity of the films can be prevented.
Regarding the application in biology and medicine, we must consider that long-term exposure of cells to nano-materials like CNTs could lead to damage and inflammation of adjacent tissue. Therefore, it is necessary to prevent direct contact between the electrically conductive multilayer, i.e., CNT/PDADMA film, and the cells. The solution to this problem is a biocompatible top film that covers the CNT/PDADMA multilayer completely and still provides a lateral surface structure that supports cell adhesion and proliferation. Additional layers consisting solely of PEs could provide such a top film.
In Article 3 we investigated the self-patterning of PEM films as function of deposition steps. After preparation in water, the films were dried, characterized in air, and in vacuum. The films were built with high and low molecular weight PEs. PDADMA was used as polycation and poly(styrene sulfonate) sodium salt (PSS) as polyanion. The observation via Atomic Force Microscopy (AFM) showed that films prepared with high molecular weight PEs are laterally homogeneous and form no patterns, due to the chain immobility. The flat surfaces are ineligible as a substrate for cell adhesion.
In contrast, films built with a short PSS, especially at Mw, PSS = 10.7 kDa, began to self-pattern after seven deposited PDADMA/PSS bilayers. With each additionally deposited bilayer, the surface got more and more structured, from grooves over stripes to circular domains. Increasing film thickness led to an increased lateral mean distance between the surface structures. Scanning Electron Microscopy (SEM) images showed that exposure to a vacuum resulted in a decrease in the film thickness attributed to water removal, while the mean distance between the domains increased. Thus, by using this self-pattering process we are able to prepare PEMs with a highly structured surface. By adding PDADMA/PSS bilayers, not only the CNT/PDADMA film can be covered completely, but also a suitable surface morphology for cells can be created. Controlling the number of deposited bilayers allows the preparation of suitable coatings for cells.
To further improve the interaction of the cell and coated substrate not only the lateral structure but also the interacting electrostatic forces between cells and substrate are important for the nature of cell adhesion, function, and proliferation. In Article 4 we investigated PEMs, consisting of strong PEs with a low (PDADMA) and high (PSS) linear charge density. We performed asymmetric force measurements with the help of the colloidal probe technique (CP). Here, the forces between a PEM-covered surface and a colloidal probe (silica sphere) glued to a cantilever were investigated. The colloidal probe was either bare or covered with polycation poly(ethylenimine) (PEI). The surfaces were immersed in NaCl solutions with different ionic strengths (INaCl), starting with deionized water, then enriched up to 1 mol/L NaCl. The interaction force between a CP and the surface was measured. Thus, insight into the surface potential/charge was obtained.
During film preparation, two growth regimes (parabolic and linear) exist. These regimes and the terminating layer determine the surface force of the PEM. PEMs with a terminating PSS layer are predominantly flat and negatively charged when the ion concentration is low and the film is in the parabolic growth regime (between 1 and ≈ 15 BL). This indicates charge reversal on PSS adsorption. At the transition point between the parabolic and linear growth regimes, the ratio between polyanion and polycation monomers starts to switch and some cationic monomers are neutralized not by anionic monomers but by monovalent ions. Therefore, the surface charge density in diluted NaCl solutions changed from slightly positive near the transition to positive in the linear growth regime. At the lowest ionic strengths (INaCL) the range of the surface potential goes from – 40.5 mV (9 BL, parabolic) up to + 50 mV (19 BL, linear).
In contrast, polycation (PDADMA) terminated films are overall positive in diluted NaCl solutions. At the beginning of the parabolic growth regime, the layers are more compact and flat. However, with each additional layer deposited, the film becomes less compact and the chains begin to loosen. The now more loosely bound chains start to protrude into the solution and form pseudo-brushes. This could already be observed for 10.5 BL.
It intensifies in the linear growth regime (begin at ≈ 15 BL) and results in steric surface forces. Changing the surrounding INaCl affects this behavior and the pseudo-brushes scale as polyelectrolyte brushes.
By controlling the number of bilayers (thus the growth regime), the surrounding ionic strength, and the conformation of PEs at the PEM surface, it is possible to prepare a suitable range of surface properties i.e., for cell adhesion and proliferation. To prove that these multilayers can provide a suitable surface and have a positive effect on cell behavior, we coated in Article 5 titanium-covered samples with PEMs. Investigated was the cell interaction with the surface at different zeta(ζ) - potentials, a parameter for dynamic surface potential. Here the cell activity is measured by the mobilization of calcium (Ca2+) within the cell as a function of the ζ - potential of the substrate and the externally applied electrical potential. The cell activity indicates if the ζ - potential, provided by the sample surface, is suitable or not for the cells. The favorable interaction with the substrate is also reflected in the cell morphology and proliferation. The results showed that highly negative ζ - potentials between - 90 and - 3 mV led to a decreasing/reduced Ca2+ mobilization which correlates with reduced cell activity. Nearly neutral to moderate positive surfaces (ζ - potential + 1 to + 10 mV) i.e., PSS-terminated PEMs are able to promote cell adhesion and growth as demonstrated by an increased Ca2+ mobilization. The access to the intracellular Ca2+ stores, provided by the external stimulus, is now more effective and suggests a higher cell activity. Increasing the ζ - potentials up to ≈ + 50 mV (highly positive), i.e., PDADMA - terminated PEMs with pseudo-brushes, resulted in restricted cell viability and impaired Ca2+ mobilization, which led to a disturbed cell morphology and proliferation. In conclusion, only surfaces, terminated with i.e., PEI, with moderate positive charges (ζ - potential + 1 to + 10 mV) are able to improve the Ca2+ mobilization and thus the cell activity and proliferation. PEMs with a PSS termination provide negative 𝜁−potentials, onto which cells adhere, and proliferate. Therefore, they are a good alternative for surface functionalization for implant surfaces. In summary, the objective set at the beginning of the thesis is addressed within articles written as part of this thesis. It is possible to fabricate PEMs with modified CNTs to produce coatings that are electrically conductive with tunable sheet resistance, whether dry in air or immersed in an aqueous solution (Articles 1 and 2). Also, for pure PEMs, it is shown that with the right molecular weight of PEs and a certain number of bilayers, a suitable surface structure for cell adhesion can be produced (Article 3). Additional surface properties such as a suitable surface charge density can be provided by PEMs which can improve the cell activity as monitored with Ca2+ mobilization (Articles 4 and 5). The next step is to combine the knowledge gained from Articles 1 – 5 and link it to the application of external electrical fields to cells.
Study of the effect of the podocyte-specific palladin knockout in mice with a 129 genetic background
(2023)
Worldwide, chronic kidney disease is one of the leading public health problems. Podocytes, highly specialized postmitotic cells in the filtration unit of the kidney glomerulus, are essential for the size selectivity of the filtration barrier. Loss of the complex 3D morphology of their interdigitating foot processes, effacement and detachment of the cells from the capillaries lead to proteinuria and often loss of kidney function.
Since the morphology of podocyte foot processes is highly dependent on an intact actin cytoskeleton and actin-binding proteins, we investigated the role of the actin-binding protein palladin in podocytes from mice with a 129 genetic background, that is more susceptible to kidney injury. PodoPalld129-/- mice were examined at 6 and 12 months of age using immunofluorescence staining, electron and 3D super-resolution microscopy as well as qRT-PCR.
Our analysis of PodoPalld129-/- mice at 6 and 12 months of age showed that podocyte- specific knockout of palladin results in dilation of the capillary tuft accompanied by loss of mesangial cells, indicating the influence of palladin on glomerular tuft formation. Besides, we observed morphological abnormalities such as an enlarged sub-podocyte space, cyst formations and an increased number of cell-cell contacts between podocytes and parietal epithelial cells in PodoPalld129-/- mice compared to controls. Moreover, palladin knockout resulted in downregulation of the slit diaphragm protein nephrin as well as an age-dependent significant increase in podocyte foot process effacement. Although there was a significant change in foot process morphology, we did not detect albuminuria in PodoPalld129-/- mice of both age groups. However, we found an increase of trefoil factor 1 (Tff1) in the urine of the mice, indicating an altered, more permeable filtration barrier.
Considering that palladin has several binding sites for important actin-binding and regulatory proteins, we studied the expression of Lasp-1, Pdlim2, VASP and Klotho in dependence on palladin. We found a remarkable reduction in, for example, phosphorylated Lasp-1 as well as Klotho, which could influence the morphology of podocyte foot processes.
Compared with PodoPalldBL/6-/- mice, PodoPalld129-/- mice showed stronger glomerular tuft dilation and developed podocytes with increased morphological abnormalities, underlining the importance of the genetic background.
In conclusion, these results demonstrate the essential role of palladin for podocyte morphology in mice with a 129 genetic background.
In dieser Studie sollte untersucht werden, ob ein isometrisches Training des Musculus
pterygoideus lateralis (MPL) der Therapie mit einer Schiene in Bezug auf die Behandlung
einer schmerzhaften Diskusverlagerung mit Reposition (DDwR) gleichwertig ist. Das
Trainingsprogramm orientiert sich an der Wissenschaft von Janda. Sechzig Patienten (≥18
Jahre) mit DDwR und Schmerzen wurden nach dem Zufallsprinzip zwei Gruppen zugeteilt:
(1) Muskeltraining, (2) Schienentherapie. Die folgenden Variablen wurden während der
Baseline-Untersuchung und zu den Zeitpunkten der Kontrolltermine (2, 4 und 6 Monate nach
Behandlungsbeginn) erhoben: Veränderung des orofazialen Schmerz, Auftreten des
Knackphänomens bei Kieferöffnungs- oder Kieferschließbewegungen, Kraftgrade nach Janda
bei Laterostrusionsbewegung, Schneidekantendistanz (SKD; in mm). P-Werte von < 0,05
wurden als statistisch signifikant angesehen und Konfidenzintervalle von 95% wurden
angegeben. In beiden Gruppen wurde ein Rückgang der orofazialen Schmerzintensität
festgestellt (P < 0,0001). Das registrierte Kiefergelenkknacken verschwand nach 6-monatiger
Behandlung bei 37 % (n=11) der Patienten in der Trainingsgruppe und bei 27 % (n=8) in der
Schienengruppe (P = 0,0009 und P = 0,0047). Das Muskeltraining führte am Ende der Studie
zu 27 Verbesserungen der Janda-Kraftgrade (P < 0,0001). Zusammenfassend verbesserten
sowohl das Muskeltraining, als auch die Therapie mit einer UK-Äquilibrierungsschiene die
Mundöffnung und reduzierten die Schmerzintensität in beiden Patientengruppen.
Muskeltraining könnte eine vielversprechende Option für die Behandlung von Patienten mit
schmerzhafter DDwR sein.
Die immunologische Dysfunktion nach operativem Trauma und der Einfluss des N. vagus im Mausmodell
(2024)
Trotz aller medizinischen Fortschritte der letzten Jahrzehnte ist der Einfluss operativer Trauen auf die Immunhomöostase noch weitgehend unklar. Im Falle septischer Komplikationen sind postoperative Patienten meist mit einer noch höheren Mortalität assoziiert als septische Patienten ohne ein vorhergehendes operatives Trauma. Einen Grund dafür stellt die postoperative Immundysfunktion dar, welche von Länge und Ausmaß der Operation abhängt. Die pathophysiologischen Hintergründe sind noch unbekannt und erscheinen traumaspezifisch. Um diese einer näheren Betrachtung unterziehen zu können, wurde in unserer Arbeitsgruppe das Tiermodell der Surgically induced Immune Dysfunction (SID) etabliert. Dafür wird zur Simulation eines abdominalchirurgischen Eingriffs der Dünndarm nach einer medianen Laparotomie dreimal antegrad ausgestrichen. Einen möglichen Baustein zum Verständnis dieser Immundysfunktion stellt die Entdeckung des cholinergen antiinflammatorischen Signalweges (CAIP) dar. Über diesen ist das Zentralnervensystem via den Nervus vagus in der Lage, immunmodulatorisch einzuwirken. Ziel der Arbeit war es, aufgrund dessen unter anderem den systemischen Einfluss des CAIP auf die postoperative Immundysfunktion zuuntersuchen. Dafür wurden einige Versuchstiere sechs Tage vor SID einer Vagotomie unterzogen. Die Analysen erfolgten nach sechs Stunden und drei Tagen.
Zusammenfassend konnte sechs Stunden nach SID eine Akut-Phase-Reaktion beobachtet werden, die durch eine Neutrophilie, Lymphopenie, erhöhte IL-6-Konzentrationen und komplett aktivierte T-Lymphozyten gekennzeichnet war. Gleichzeitig zeigten sich aber auch eine erhöhte IDO-Aktivität und eine reduzierte LPS-Stimulierbarkeit von Blut- und Milzzellen. Diese gedämpfte Immunreaktion auf den in-vitro second hit schlug bemerkenswerterweise nach drei Tagen in eine Hyperreagibilität und damit in einen hyperinflammatorischen Phänotyp um. Gleichzeitig reduzierte sich die Anzahl von Teff- und B-Lymphozyten, während zeitgleich eine relative Treg-Expansion mit gesteigerter CTLA-4-Expression nachweisbar war. Diese Steigerung immunsuppressiver Mechanismen und dergleichzeitige Verlust an Effektorzellen könnte im Falle eines nachfolgenden second hit zu der beobachteten gesteigerten Mortalität postoperativer Patienten beitragen. Wurde vor der SID eine Vagotomie durchgeführt, fiel die Inflammation sechs Stunden später noch intensiver aus: Die Neutrophilie war stärker ausgeprägt und die Konzentration von proinflammatorischen Zytokinen im Plasma war erhöht. Die reduzierte LPS-Stimulierbarkeit von Blut- und Immunzellen wurde im Wesentlichen aufgehoben. Nach drei Tagen verstärkte eine Vagotomie die bereits nach SID beobachtete Hyperreagibilität auf den LPS-Stimulus noch weiter.
Somit lassen diese Ergebnisse auf einen wichtigen immunsuppressiv wirkenden vagalen Einfluss auf die postoperative Immundysfunktion schließen und zeigen einen vielschichtigen zeitlichen Verlauf von Anti- und Hyperinflammation nach operativem Trauma auf. Eine nähere Erforschung dieses multiphasischen Verlaufs kann Implikationen für die klinische Praxis, insbesondere im Bezug auf Re-Operationen geben. Auch eröffnet es die spannende Frage, ob das Immunsystem auf einen postoperativen septischen Fokus in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zur Operation unterschiedlich reagiert. Nicht zuletzt wird durch die Ergebnisse auch ein wichtiges Schlaglicht auf die Bedeutung von traumareduzierenden Operationsverfahren wie der minimal-invasiven laparoskopischen Chirurgie für das postoperative Outcome geworfen.
Global change is one of the major challenges our society faces in recent times and is becoming increasingly noticeable in all aspects of our lives. In the last ten years, reports about droughts in Europe increased, contrary to expected natural climate variations and are attributed as indicators of climate change. Droughts resulted in a severe decrease in water levels of lakes, rivers and reservoirs, posing socio-economic and environmental challenges. Climate scenarios by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) project increasing temperatures, more frequent, longer and/or more intense heat waves and warm spells, and an increase in aridity with short-term droughts in the upcoming decades for Western and Central Europe. Some areas – such as Northeast Germany – are already affected by negative water balances and the lowering of lake and groundwater levels. Additionally to possible challenges in water availability, excess nutrients and heavy metals from industrial emissions, agricultural fertilisers and land use changes lead to declining water quality. In the past century, extensive eutrophication and environmental pollution have become major water quality issues in many freshwater bodies.
Nonetheless, water and its availability in a sufficient quantity and quality are prerequisites for life and must be prioritised in future development. The European Union aims for a good status in all surface and groundwater bodies by 2027 regarding their ecological, chemical and quantitative status. However, a profound understanding of eutrophication, pollution sources, and water bodies' reference conditions – referring to pre-anthropogenic conditions – should be available for each system to apply integrated restoration strategies. Moreover, an in-depth understanding of long-term climate variability and its dynamics is indispensable to approach these climate change challenges and reliably predict water availability.
During the past decades, numerous paleoenvironmental studies have been carried out on Northern German sediment archives, using mainly lacustrine sediments to reconstruct hydroclimatic variability, often inferring lake-level variations as key indicators. However, most studies were carried out in areas affected by more maritime or continental climate. Studies from the transition zone are rare. Only few existing studies offer high-resolution records and/or robust chronologies, which limits the understanding of past environmental changes significantly. Besides, the Northern German lowlands have been anthropogenically affected since at least the Neolithic (~5.6 ka cal BP) and, in particular, forest composition and density have recently been shown to have at least partially an impact on lake-level variations. However, a reliable distinction between climatic impacts and anthropogenic interferences is widely missing, which is a problem because many studies were conducted on rather small lacustrine systems in which expected anthropogenic signals are higher, and single events may overprint the climatic signals. These biases lead to an incoherent picture of the past hydroclimatic variability in Northern Germany during the Holocene. To overcome this situation, it is inevitable to identify a suitable sedimentary archive from the transition zone – preferably a large lacustrine system in which natural (supra-)regional paleoenvironmental signals are expected to be not overprinted by single events. Moreover, it is necessary to establish robust chronologies and apply high-resolution methods to infer past environmental changes in a high temporal resolution. Taken together, this could contribute to an enhanced understanding of past environmental and climatic changes in Northern Germany.
This thesis consolidates the evidence for Schweriner See to act as a suitable sedimentary archive in Northern Germany for (supra-)regional climate reconstructions. Schweriner See is a large lowland lake in Northern Germany located within the transition zone from maritime to continental climate. In the first step, (paleo)lacustrine landforms, i.e. beach ridges, subaerial nearshore bar, and a silting-up sequence, are investigated along the north-eastern shoreline using a combined approach of sedimentology (e.g. grain size variations) and the relatively novel method of luminescence profiling offering relative age determinations to understand depositional processes and their chronological framework. Absolute age information is mainly inferred by OSL dating. Secondly, an important prerequisite to interpreting information obtained from lacustrine sediment archives is a thorough understanding of processes controlling sedimentation. Schweriner See is characterized by a complex morphometry, which influences in-lake processes, i.e. i) in-lake productivity, ii) carbonate precipitation and iii) wind- and wave-induced processes, resulting in a distinct spatial heterogeneity. This thesis shows that it is crucial first to understand sedimentary depositional processes and controlling mechanisms to i) select suitable coring location(s) and ii) reconstruct paleoenvironmental and hydroclimatic variations reliably.
Based on bathymetric considerations and inferred in-lake processes, two main coring locations were identified to infer i) the anthropogenic impacts and ii) hydroclimatic variations. Short sediment records from the shallow water areas (< 15 m water depth) cover the most recent environmental history of Schweriner See. A well-dated sedimentary record (210Pb/137Cs and 14C dating) links distinct sedimentary and geochemical changes with historical events. Schweriner See was extensively affected by lake-wide eutrophication and contamination, closely related to sewage and population dynamics within the catchment. The water quality only improved after the German Reunification in 1990 CE when sewage was precluded from Schweriner See. Contamination trends at Schweriner See showed similar trends to different archives along the southern Baltic Sea, implying a common regional driving mechanism, e.g. environmental legalisation.
A well-dated sediment record from the profundal zone (52 m water depth) allowed the reconstruction of large-scale atmospheric conditions during the past 3 ka cal BP by inferring winter temperature variability, the moisture source region and/or evaporative lake water enrichment, which resemble variations in the North Atlantic Oscillation (NAO). The NAO greatly influences the Central European climate, affecting, for example, surface air temperature, precipitation or storm tracks. During 3-2.8 ka and 2.1-0.8 ka cal BP, predominantly positive NAO conditions are reconstructed, which are characterized by warmer winter temperatures, moisture conditions bringing isotopically enriched precipitation from the southern/central North Atlantic to Northern Central Europe and/or warmer temperatures that may result in a higher evaporative isotopic lake water enrichment as a result of northwards displaced westerlies. Conversely, during 2.8-2.1 ka and 0.8-0.1 ka cal BP, results correspond to predominantly negative NAO phases influenced by southwards displaced westerlies. Frequent atmospheric blocking allows for the intrusion of northerly or easterly winds, resulting in colder winter temperatures, isotopically depleted precipitation from the Northern Atlantic and Arctic region and/or a lower evaporative lake water enrichment. In addition to these long-term changes in atmospheric conditions, short-term hydroclimatic variations have been reconstructed, mainly reflecting lake-level variations in conjunction with precipitation variability, with the proxy signal being additionally amplified by wind speed and wave motion. Comparisons with other archives support these results.
So far, the paleoenvironmental reconstruction is limited to the Late Holocene, but initial dating results imply possible interferences until the Late Pleistocene. Therefore, future studies should focus on extending the profundal record from Schweriner See further back in time, providing a high-resolution record covering both the Holocene and possibly the Late Pleistocene.
In course of the recent results from Wendelstein 7-X, stellarators are on the brink for assessing their maturity as a fusion reactor. To this end, stellarator specific transport regimes need detailed exploration both with appropriate systematic experimental investigations and models. A way to enhance the efficiency of this process is seen in an systematic evaluation of existing experimental data. We propose appropriate tools developed in information theory for examining large datasets. Information entropy calculations, that have proven to assist the systematic assessment of datasets in many other scientific fields, are used for novelty detection.
Potentially, as a first use-case of this holistic process, this thesis attempts to link and to develop approaches to examine the stellarator specific core-electron-root-confinement (CERC) regime. The specific interest for CERC emerges from the behavior of the radial electric field. While ion-root conditions exhibit negative radial electric fields, CERC’s positive field in the very core of fusion grade plasmas adds an outward thermodynamic force to high-Z impurities and could add to potential actuators to control impurity influx as to be examined for full-metal wall operation in large stellarators. Recently, this feature received revived intent for reactor scale stellarators.
Also, in this work, parameter regions close to the transition from ion-root to CERC are
examined. At lower rotational transform (a characteristic feature of the magnetic field confining fusion grade plasmas), transitions were detected when the plasma current evolved. As in smaller stellarators, it is concluded that low-order rationals and magnetic islands are related to the transitions. This is widely supported by extensive MHD simulations which finally provide indications for the role of zonal flow oscillations. As one of the outcomes, gyrokinetic instabilities are seen interacting for the first time with the neoclassical mechanisms in experiments.
In order to cope with the vast number of highly sampled spatio-temporal plasma data, new
techniques for novelty detection are required. Fundamental prerequisites for the detailed
physics investigations were the feasibility study of entropy-based data analysis techniques, and their adaptation to detect previously unrevealed transition mechanisms. These tools were applied to multivariate bulk plasma emissivity data, which allowed the exploration of large parameter spaces and provided insights in the spatio-temporal dynamics of CERC transitions.
In this manner, this research highlights the feasibility of information flow measure analysis in fusion studies. Applications of different entropy-based complexity measures are explored and this work sheds light on the capabilities, added value and limitations of these techniques. This investigation presents the integration of information flow measures to gain deeper understanding of plasma transport phenomena, by providing an approach to fast systematic data mining suited for real-time analysis. This work paves the way for further development and implementation of information-theoretic methods for plasma data analysis.
In summary, this research highlights the gained insight on CERC transitions, while showcasing the feasibility, added values and limitations of information flow measure analysis for fusion studies, to induce theory based analysis revealing new insights in fundamental, stellarator-specific transport mechanisms.
Im septischen Schock wird zur Kreislaufstabilisierung neben Katecholaminen auch Vasopressin eingesetzt. Aus dem Tiermodell ist bekannt, dass die selektive AVPR1a Stimulation der unspezifischen AVPR-Stimulation durch Vasopressin bezüglich des Outcomes und der Hämodynamik überlegen ist. Die Rolle der Vasopressinrezeptoren und die molekularen Mechanismen im Zusammenhang mit dem Kapillarleck sind aber noch weitestgehend unerforscht. Bekannt ist, dass es bei Stimulation des AVPR2 durch Desmopressin zu einer Ausschüttung von vWF aus den Weibel-Palade-Bodies in vivo kommt. Die Weibel-Palade-Bodies enthalten unter anderen auch Ang-2, welches bei septischen Patienten im Blut erhöht ist und mit anderen inflammatorischen Werten, wie dem CRP und dem TNF-alpha korreliert. Auch für andere Inhaltsstoffe in den Weibel-Palade-Bodies beispielsweise P-Selektin ist dies nachgewiesen. Daraus resultiert die Frage, welchen Einfluss Vasopressin auf die Ausschüttung kapillär destabilisierender Mediatoren hat und weiterführend auch auf die Ausbildung eines Kapillarlecks. Ziel dieser Arbeit war es, ein Zellkulturmodell zur Untersuchung von AVPR1a und AVPR2- Agonisten und -Antagonisten bezüglich ihrer Ausschüttung von vWF, Ang-1, Ang-2 und P-Selektin zu entwickeln und ihre Auswirkung auf das Kapillarleck in vivo zu analysieren.
HUVEC, HDMEC und HPMEC, primäre endotheliale mikrovaskuläre Zellen, wurden mittels Immunfluoreszenz, Western-Blot, FACS und rtPCR auf die Expression von AVPR1a, AVPR2 und vWF untersucht. Primär musste verifiziert werden, dass es bei Stimulation von AVPR2 durch Desmopressin in diesem Modell zu einer Ausschüttung von vWF aus Weibel-Palade-Bodies kommt. Hierzu wurde ein Protokoll erarbeitet, mit welchem anschließend die Ausschüttung von anderen Mediatoren mittels ELISA analysiert werden konnte. Außerdem der Trans-Well- Assays etabliert und analysiert mit der Frage, ob diese Methode mittels TEER und Durchlässigkeit für FITC-Albumin zur In-vitro-Untersuchung der Wirkung von Desmopressin auf einen endothelialen Monolayer geeignet ist.
Entgegen den Beschreibungen in der Literatur konnte HUVEC nicht als Kontrollzelllinie genutzt werden, da sie, wie mittels Immunfluoreszenz, Western-Blot und rtPCR nachgewiesen wurde, genauso wie HDMEC und HPMEC sowohl AVPR1, als auch AVPR 2 exprimieren. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass HPMEC aufgrund seiner geringen Grundproduktion an vWF nicht als Zelllinie zur Untersuchung der Ausschüttung von vWF geeignet sind. In Etablierungsversuchen konnte herausgefunden werden, dass es nach 10-minütiger Inkubation mit 1000 nM Desmopressin in KRBP zu einem Anstieg von vWF und Ang-2 im Überstand kam, während Ang-1 und P-Selektin unverändert niedrig blieben. Vorausgehend mussten andere Inkubationszeiträume, andere Inkubationsmedien und Inkubationswells getestet werden. Im Verlauf zeigte sich das Arbeiten mit primären Zellen bezüglich der Reproduzierbarkeit unbeständig. Auch konnten keine Effekte durch Vasopressin, POV oder Tolvaptan dargestellt werden. Bei der Etablierung des Trans-Well-Assay zeigte sich die Wachstumskontrolle mittels TEER nicht geeignet. Die Versuchsdurchführung mit Desmopressininkubation des endothelialen Monolayers im Trans-Well unterlag sowohl in der TEER Messung als auch bezüglich der Durchlässigkeit für FITC-Albumin vielen Schwankungen, und es konnten keine validen Ergebnisse erzielt werden. Der Trans-Well-Assay kann als Untersuchungsmethode in diesem Set-up nicht empfohlen werden.
Da die Versuchsergebnisse sehr variierten, gilt es diese im Verlauf zu minimieren. Hierzu wäre ein Modell, welches eine kontinuierliche Messung möglich macht von Vorteil. Auch scheint die Ausbildung von AVPR1a und AVPR2, sowie die Synthese von vWF und anderer Bestandteile der Weibel-Palade-Bodies starken Schwankungen zu unterliegen, hier könnten transfizierte, immortalisierte Zellen für mehr Stabilität sorgen, allerdings würde dies auch eine Entfernung zu in vivo Bedingungen bedeuten.
In der DDR wurde im Leistungssport staatlicherseits ein System entwickelt, welches sich unter anderem durch den Einsatz von leistungssteigernden Substanzen auszeichnete. Diese Substanzen zogen häufig schwere somatische Schäden nach sich. Die Sportler*innen wussten in den meisten Fällen nicht, dass sie diese Mittel erhielten und waren häufig minderjährig. Der Alltag der Sportler*innen war meist durch prekäre physische sowie psychische Trainingsbedingungen geprägt. Auf Grund von Schilderungen der Betroffenen, Berichten von Sporthistoriker*innen und Unterlagen des Ministeriums für Staatssicherheit lässt sich vermuten, dass ein erheblicher Teil der Sportler*innen unter psychischen Erkrankungen leidet. Daher sollte die psychische Verfassung überblickshaft dargestellt werden.
Vor diesem Hintergrund wurden Fragebogenpakete an 1200 Proband*innen verschickt, die sich bis zum Erhebungszeitpunkt ratsuchend an die Doping-Opfer-Hilfe e.V. gewendet hatten. Diese Pakete enthielten jeweils 13 Selbstbeurteilungsskalen zur psychischen Symptomatik bzw. Persönlichkeitsmerkmalen. Die Ergebnisse wurden mit einer nach Alter und Geschlecht parallelisierten Stichprobe (N=255) aus der Allgemeinbevölkerung verglichen.
Auf allen untersuchten Skalen konnten signifikante Unterschiede festgestellt werden. Der Großteil der betroffenen Sportlerinnen und Sportler wies eine klinisch-relevante psychische Belastung auf. Exemplarisch hierfür sind eine hohe Punktprävalenz für Posttraumatische Belastungsstörungen (21,1%) und eine klinisch relevante depressive Symptomatik (65,19%).
Vermutlich konnten die negativen Erlebnisse im Kindes- und Jugendalter auf zwei Arten pathogen wirken. Zum einen konnten sie direkt psychische Erkrankungen auslösen und zum anderen fand eine negative Beeinflussung der Entwicklung statt, welche bei den Betroffenen zu einer erhöhten Vulnerabilität gegenüber späteren Stressereignissen führen konnte. Aufgrund des Querschnittsdesigns der Studie müssen potenziell kausale Zusammenhänge jedoch mit Zurückhaltung diskutiert werden. Eine Berücksichtigung der Sportarten bei weiteren Untersuchungen könnte besondere Risikogruppen darstellen.
Research into nuclear physics has enjoyed a long and rich history since the earliest experiments began investigating atomic constituents. The discovery of the atomic nucleus in the early 20th century started a complex field of research that has undergone many transformations with the advancements of modern technology. Today, atomic nuclei are not only studied to advance our understanding of the strong force but also to gain more information on the synthesis of elements in the universe, to exploit nuclear decay to investigate the weak interaction, and to search for physics beyond the standard model.
In this work, we will study the strong force in atomic nuclei, i.e. the way nucleons (protons and neutrons) arrange themselves in a many-body system governed by the repulsive Coulomb interaction and the attractive strong interaction. In particular, we will focus on nuclear structure near nuclei with a "magic number" of Z protons and N neutrons, so-called doubly-magic nuclei, exhibiting a particularly stable configuration with respect to neighboring nuclei.
Within the nuclear shell model, similar to the atomic shells, the magic numbers indicate shell closures accompanied by energy gaps. Nuclei at double-shell closures and their direct vicinity provide an important playground to benchmark nuclear theories and models that aim to predict the intricate interplay of the nucleons that lead to enhanced nuclear binding energies, significant changes in charge radii and transition strengths, etc.
Of particular interest are nuclear isomers, long-lived excited states, in which the nucleon configuration with respect to its ground state is altered, resulting in a modification of their properties despite having the same number of protons and neutrons.
The main part of this work consists of three publications, which report on nuclear structure investigations through mass measurements and laser spectroscopy near the doubly magic nuclei nickel-78, tin-100, and lead-208.
The nuclides investigated in this work include neutron-deficient indium isotopes, neutron-rich zinc isotopes, and neutron-rich mercury isotopes.
Although the outcome of patients with acute myeloid leukemia (AML) has
improved in the past decades, the overall survival is below 50% [1, 2] and there
is still an unmet need for the development of new therapeutic strategies. Here,
we aimed to identify functional vulnerabilities in AML and investigated the
therapeutic potential of target structures involved in proteostasis, cell polarity and
RNA-binding molecular pathways.
We determined that genetic deletion of the cell fate determinant and polarity
regulator Scribble delays AML development, however, its deletion also seems to
affect the proliferative capacity of normal hematopoietic cells, lowering its value
as a therapeutic target. In contrast, inactivation of YBX1 (a pleiotropic protein with
DNA/RNA binding capacity that excerpts post-transcriptional control on its
targets) and PSMB8/LMP7 (a catalytic subunit of the immunoproteasome multiprotein
complex that belongs to the ubiquitin-proteasome system (UPS)) inhibit
leukemic cells without influencing normal hematopoietic stem and progenitor cell
function, establishing these targets as potential novel therapeutic strategies
against AML.
Genetic deletion of YBX1 caused reduced proliferation and colony forming
capacity in leukemic cells independent of the oncogenic driver mutation and
delayed AML development in vivo. The role of Ybx1 in leukemia maintenance
was investigated using a conditional knockout model, confirming the functional
requirement of Ybx1 in AML maintenance. Mechanistically, YBX1 recruited
oncogenic transcripts to polysomes, increasing their translation. Displacement of
these transcripts from polysomes after YBX1 deletion decreased their protein
expression.
Genetic and pharmacologic inhibition of PSMB8/LMP7 decreased proliferation
and colony forming capacity selectively in KMT2A (MLL)-rearranged leukemic
cells. In vivo treatment with a PSMB8/LMP7 inhibitor delayed disease
development in KMT2A-rearranged leukemic mice or patient derived xenografts
(PDX). We identified the transcriptional corepressor BASP1 as a functional
effector of the immunoproteasome. BASP1 was enriched after PSMB8/LMP7
inhibition and it was found binding to KMT2A-target genes. Moreover,
pharmacologic inhibition of PSMB8/LMP7 led to decreased expression of bonafide
KMT2A-fusion target genes and enrichment for genes deregulated by
inhibitors of the KMT2A complex partners DOT1L and MEN1. This prompted us
to investigate a potential synergism between MEN1 inhibition and
immunoproteasome inhibition. Combination treatment in AML cells revealed
decreased proliferation in vitro and increased survival in vivo as compared to the
single treatments, demonstrating the therapeutic potential of combining
immunoproteasome and MEN1 inhibitors.
This thesis presents the production of polyanionic clusters within two ion storage devices:
Considering a Penning trap, the accessible range of polyanionic aluminium clusters has been expanded up to the 10th charge state. In particular, abundance curves for clusters with 5 to 9 excess electrons have been measured for the first time and analysed with respect to their lifetime-dependent appearance sizes. These sizes reveal a nearly quadratic dependency on the charge state for experimentally accessible lifetimes.
Additionally, the production of polyanionic clusters has been enabled in a radiofrequency ion trap. Therefore, the transition from a harmonic to a digital 2- and 3-state guiding signal has been investigated with respect to the ion storage. The passing of electrons through the trap during field-free periods of the guiding signal led to the first production of polyanionic clusters within a radiofrequency ion trap.
Pregnancy involves adaptations of the cellular composition in utero to establish a functioning fetal-maternal interface. Different subsets of leukocytes populate the endometrium and contribute to tolerance of the fetal allograft while protecting it from potentially threatening infections or rejection. ¬¬Innate lymphoid cells are recently discovered immune cells that, besides the gut, lung and skin, possess immunoregulatory functions in the female reproductive tract, especially during gestation. Although present at the fetal-maternal interface, the dynamics of ILC migration during pregnancy remains poorly investigated. The involvement of homing receptors in ILC migration to the uterus was the main subject of the present work.
First, the expression of homing receptors on ILCs from miscellaneous organs was assessed across the course of murine pregnancy in vivo by means of flow cytometry. Then, their migratory capacity towards pregnancy-relevant chemokines was investigated in vitro. The impact of pregnancy related hormones on the migration and homing of ILCs was then analysed in vitro via migration assays.
The results confirm altered proportions of ILCs in utero and the altered expression of homing receptors in ILCs in pregnancy. Different murine lymphoid organs showed augmented expression of chemokine receptors and decreased levels of homing integrin α4β7 in the first trimester, suggesting enhanced migration patterns of ILCs during early pregnancy. Subsequently, migration assays were used to demonstrate the role of different chemokine ligands in enhancing ILC migration.
Eventually, the alterations in homing receptor expression were correlated with female pregnancy hormones. Progesterone treatment caused similar effects on homing receptor expression in ILCs as observed during early gestation. These results represent the first study evaluating the effect of sex steroid hormones on ILC chemokine receptor distribution.
Taken together, our results indicate the involvement of pregnancy-relevant chemokines, including CCL4, CCL20 and CCL28, in the recruitment of ILCs to the uterus during pregnancy. The data highlight an endocrinological-immune crosstalk in the regulation of ILC homing to the female reproductive tract. Gestation alters chemokine receptor expression in order to regulate the access of immune cell subsets to the fetal-maternal interface. An adequate regulation is highly needed, as a lack or abundance of different subgroups could result in pregnancy complications, including fetal loss, pre-eclampsia or pre-term birth. Thus, the role of ILC chemotaxis to the pregnant uterus and its regulation are of interest in the understanding, prevention and treatment of the clinically relevant obstetric diseases.
Das Neuroblastom, ist der häufigste extrakranielle, maligne, solide, kindliche Tumor und in etwa 37 % der Fälle ist das Tumorleiden bei der Erstdiagnose bereits in einem fortgeschrittenen Stadium mit eingeschränkter Resektabilität oder metastatischer Ausbreitung. Das Therapieregime umfasst je nach Stadium: Tumorresektion, zum Teil auch nach neoadjuvanter Therapie; insbesondere bei unvollständiger Resektion folgt dann meist eine weitere adjuvante Therapie; bei fehlender Resektabilität können konservative Therapieformen mit kurativem Ansatz zum Einsatz kommen.
Für Staging und Therapiemonitoring werden Kontrastmittel-MRT genutzt. Oft werden dabei auch diffusionsgewichtete Aufnahmen (DWI) durchgeführt, welche die Bestimmung mittlerer ADC-Werte (apparant diffusion coefficient) zur quantitativen Beurteilung von Diffusion in einem Tumors ermöglichen. Hieraus lassen sich unter anderem Rückschlüsse auf histologische Tumoreigenschaften ziehen. Derartige Erkenntnisse finden auch zunehmend Beachtung im Monitoring von Therapieansprechen maligner Läsionen: U.a. wurde ein Anstieg des ADC-Werts bei Ansprechen von Karzinomen auf Chemotherapie beschrieben. Die Veränderungen des ADC-Werts waren dabei zum Teil bereits messbar, bevor eine Größenreduktion des Tumors beobachtet werden konnte. Übliche Kriterien zur Bestimmung von Therapieansprechen können also durch ADC-Werte ergänzt werden, um so möglicherweise eine frühzeitigere Aussage bezüglich des Therapieansprechens zu treffen. Bisherige Erkenntnisse zur DWI bei Neuroblastomen zeigen ein vergleichbares Bild. Allerdings konnte keine Aussage über eine frühzeitige Änderung des ADC-Werts bei Therapieansprechen getroffen werden.
In der vorliegenden Arbeit sollten drei Fragestellungen beantwortet werden:
Kommt es bei Neuroblastomen unter Therapie zu einer (frühzeitigen) Veränderung des ADC-Werts als Ausdruck therapie-assoziierter Veränderungen? Falls ja, ist sie abhängig von der Therapieform und können die ADC-Veränderungen als prognostische Marker dienen?
Es wurden alle hausinternen und externen MRT-Untersuchungen von Patienten mit Neuroblastomerkrankung der Klinik für Kinder- und Jugendmedizin der Universität Greifswald aus dem Zeitraum von 06.2007 bis 08.2014 ausgewertet. Die MRT-Untersuchungen wurden eingeteilt in: Prestaging = Untersuchung vor Start der jeweiligen Therapieform; Zwischenstaging = Untersuchung während laufender Therapie; Abschlussstaging = Untersuchung nach Abschluss der jeweiligen Therapieform; Follow-Up = Folgeuntersuchung nach Abschlussstaging ohne Therapiebezug. Zur Bewertung des Krankheitsverlaufs wurde eine Einteilung in „Progress“ und „stable disease“ bzw. „Regress“ anhand der jeweiligen Abschlussstagings vorgenommen. Zur Bestimmung der jeweiligen ADC-Werte wurde eine Region of Interest (ROI) entlang der Grenzen aller Tumormanifestation eingezeichnet.
Zur Berechnung von ADC-Veränderungen (∆ADC) wurde, wenn vorhanden, als baseline und Bezugspunkt dabei immer das jeweilige MRT des Prestaging bzw. bei Therapien, welche direkt im Anschluss an vorherige Therapien erfolgten, das zugehörige, vorhergegangene Staging genutzt (n = 45). Bei follow-up Untersuchungen wurde als Bezugspunkt die jeweils vorhergegangene Untersuchung herangezogen (n=25). Die ∆ADC teilen sich auf in ∆ADC-Regress bei Regress (n = 5); ∆ADC-Stable bei stable disease (n = 50) und ∆ADC bei Progress (n = 15). Außerdem wurden solche zusätzlich ausgewählt, deren Errechnung eine Untersuchung unter Therapie nutzte und sie zwischen 60 und 120 d von der jeweiligen baseline entfernt stattfand: er∆ADC-Regress (n = 4), er∆ADC-Stable (n = 11) und er∆ADC-Progress (n = 7).
Unterschiede wurden mittels Mann-Whitney-Test auf Signifikanz getestet (Signifikanzniveau p < 0.05).
Das Neuroblastomregister der Klinik für Kinder und Jugendmedizin der Universitätsmedizin Greifswald umfasste zum Studienzeitpunkt 113 Patienten von denen 79 Patienten anhand Ausschlusskriterien ausschieden, konnten 34 Patienten mit insgesamt 40 auswertbaren Tumormanifestationen und 121 diffusionsgewichteten MRT-Untersuchungen eingeschlossen wurden. Bei 27 Patienten lag eine Neuroblastomerkrankung im Stadium IV nach INSS vor und in 7 Fällen eine Neuroblastomerkrankung im Stadium III nach INSS. Bei 11 Tumorerkrankungen lag eine positive N-MYC-Expression vor, 17 Patienten wurden auf N-MYC negativ getestet (6 Fälle keine Angaben). 26 Patienten wurden der high-risk-Gruppe nach INRG zugeordnet und 8 Patienten der intermediate-risk-Gruppe.
Es zeigte sich ein signifikanter Unterschied der ADC-Mittelwerte aus der high-risk gegenüber der intermediate-risk Gruppe nach INRG.
Bei Betrachtung des Krankheitsverlaufs kam es insgesamt bei Regress zu einem deutlichen Anstieg und beim Progress zu einem deutlichen Abfall des ADC-Werts. Die Unterschiede zwischen den mittleren ∆ADC-Werten (absolut und prozentual) nach Krankheitsverlauf waren dabei signifikant: zwischen ∆ADC-Regress und ∆ADC-Stable; zwischen ∆ADC-Progress und ∆ADC-Stable sowie zwischen ∆ADC-Regress und ∆ADC-Progress. Auch waren die Unterschiede zwischen den mittleren er∆ADC-Werten (absolut und prozentual) nach Krankheitsverlauf teils signifikant: zwischen er∆ADC-Regress und er∆ADC-Stable sowie zwischen er∆ADC-Regress und er∆ADC-Progress. In Abhängigkeit von der Therapieform, N-MYC-Status und Risiko-Gruppen konnten keine zusätzlichen signifikanten Unterschiede der ∆ADC gesehen werden.
Die hier vorliegenden Ergebnisse konnten einen klaren Zusammenhang der ADC-Veränderungen mit dem Therapieansprechen, auch bereits innerhalb der ersten 120 Tagen nach Therapiebeginn, demonstrieren. Derartige Zusammenhänge sind auf einer Linie mit den bisherigen Veröffentlichungen zu diesem Thema und passen zur theoretischen Überlegung welche sich aus Histopathologie und physikalischer Grundlage ergibt. So korrespondiert ein Anstieg des ADC-Werts mit einer hören Wahrscheinlichkeit eines Therapieansprechens bzw. ein Abfall mit einer größeren Wahrscheinlichkeit eines Progresses. Geringe Veränderungen / ein Gleichbleiben des Wertes zeigten sich dagegen besonders oft bei stabilen Krankheitsverläufen. Diese Korrelationen sind dabei auch bereits schon nach maximal 120 Tagen nach Therapiebeginn signifikant. Klassische bildmophologische Kriterien sind in diesem Zeitraum oft nicht ausreichend um eine sichere Aussage bezüglich Therapieansprechen zu tätigen. Hier kann der ADC bzw. seine Veränderung Auskunft geben und so frühzeitig eine Prognose bezüglich des Therapieerfolges liefern.
Innovative Wirkstoffe stellen die Entwickler und Entwicklerinnen von pharmazeutischen Darreichungsformen vor große Herausforderungen. Viele neue Arzneistoffe weisen eine unzureichende orale Bioverfügbarkeit auf. Die Gründe hierfür sind vielfältig und liegen unter anderem in der ortsabhängigen Löslichkeit und Permeabilität der betreffenden Substanzen. Dieser Problematik kann auf chemischer und technologischer Ebene begegnet werden. Auf der Seite der pharmazeutischen Technologie besteht beispielsweise die Möglichkeit, mukoadhäsive Darreichungsformen zu entwickeln. Darunter versteht man Systeme, die an der Schleimhaut haften und dadurch eine Retention des Arzneistoffes an der entsprechenden Stelle bewirken. Einerseits führt dies zu einer lokalen Erhöhung der Wirkstoffkonzentration, andererseits wird durch die Adhäsion die potenzielle Resorptionszeit verlängert. Beide Faktoren können sich positiv auf die Bioverfügbarkeit auswirken.
Zur Charakterisierung mukoadhäsiver Arzneiformen sind verschiedene Methoden beschrieben worden, von denen jedoch keine standardisiert ist. Mögliche Einflussfaktoren auf die Messung wurden in der Vergangenheit teilweise nicht ausreichend evaluiert, was die Konzeption einer geeigneten Messmethode erschwert. In der vorliegenden Arbeit wurde systematisch eine Methode zur Messung der Adhäsivität von Polyvinylalkohol-Filmen auf Basis der Messung der maximalen Haftkraft erarbeitet. Dazu wurde im ersten Teil der Arbeit ein in vitro-Test durchgeführt, der zur Aufklärung gerätespezifischer Einflussfaktoren diente. Es zeigte sich, dass die Adhäsion von PVA-Filmen an biomimetischen Agar/Muzin-Gelen in erster Linie zeitabhängig ist. Das Maximum der Adhäsion konnte nach 3 min beobachtet werden. In dieser Zeit kommt es zu einer Quellung des zuvor festen Films, wodurch die Beweglichkeit der Polymerketten zunimmt. Dies kann die Vernetzung von Polymer und Muzin begünstigen, wodurch die Adhäsion zunimmt. Nach Überschreiten eines Maximums kommt es zu einer Überhydratisierung des Systems und zu einer Abnahme der Kohäsion, so dass der Gelfilm beim Entfernen der Messsonde in sich reißt.
Die Geschwindigkeit, mit der die Sonde entfernt wurde, beeinflusste ebenfalls die Ergebnisse der Untersuchungen. Höhere Geschwindigkeiten führten zu höheren berechneten Adhäsionsarbeiten Wad, während die maximale Abrisskraft Fmax ein Plateau erreichte. Dieses Verhalten könnte durch die viskoelastischen Eigenschaften der beteiligten Bindungspartner beeinflusst werden.
Bezüglich der gerätespezifischen Parameter schien die Anpresskraft des Mukoadhäsivs an das biomimetische Gel den geringsten Effekt auszuüben. Unter Berücksichtigung der verwendeten Kraftmesszelle und der Integrität des Gels sollten höhere Anpresskräfte verwendet werden. Je nach Applikationsort sind physiologische Drücke zu berücksichtigen.
Ausgehend von den in vitro gewonnenen Erkenntnissen wurden anschließend zwei ex vivo Versuche durchgeführt. Diese Versuche konzentrierten sich auf die Eigenschaften der Substrate selbst, auf denen die PVA-Filme haften sollten. Der Einfluss der Präparation der verwendeten Gewebe auf die Adhäsion wurde sowohl an Dünndarmpräparaten vom Schwein als auch am Menschen untersucht. Die Gewebe wurden zum einen im frischen Zustand unmittelbar nach der Entnahme für die Mukoadhäsionsmessungen verwendet, im zweiten Versuchsabschnitt wurden sie für eine Woche im Gefrierschrank gelagert und für die Experimente aufgetaut. Bei den Schweinedärmen stellte sich die Frage, ob die Reinigung der frischen Därme einen zusätzlichen Effekt haben könnte. Aufgrund der geringen Probenzahl konnte kein eindeutiger Trend festgestellt werden. Bei zwei von drei Versuchstieren erhöhte sich die errechnete Arbeit (Wad) durch die vorsichtige Reinigung. Beim Auftauen der gereinigten Gewebe konnte bei allen Versuchstieren ein Anstieg der Wad sowie der maximalen Abrisskraft beobachtet werden. Diese Daten wurden statistisch mit den Ergebnissen der ex vivo-Humanstudie verglichen. Das Probandenkollektiv, dessen Daten in die Untersuchungen einflossen, umfasste insgesamt 12 Teilnehmer, die sich aufgrund verschiedener gastrointestinaler Erkrankungen einer geplanten Operation unterziehen mussten. Gesundes Dünndarmgewebe, das aus operationstechnischen Gründen zusätzlich zum erkrankten Gewebe entfernt werden musste, wurde im Rahmen der Studie verwendet. Der statistische Vergleich der Gewebe unterschiedlicher Herkunft zeigte sowohl im frischen als auch im aufgetauten Zustand keine signifikanten Unterschiede. Bei Betrachtung der einzelnen Messwerte konnte jedoch festgestellt werden, dass die berechneten Wad bei menschlichem Gewebe etwas höher lagen als bei Schweinepräparaten. Eine größere Probenzahl könnte einen möglichen statistisch signifikanten Unterschied aufzeigen. Bei menschlichem Gewebe konnte außerdem festgestellt werden, dass die Verwendung einer Messeinstellung mit höherer Anpresskraft, längerer Kontaktzeit und schnellerem Entfernen der Messsonde zu signifikant höheren Wad führte (Einstellung A vs. Einstellung B). Bei allen Messungen wurde deutlich, dass die Adhäsionsarbeit empfindlicher auf Änderungen der Messparameter reagiert und daher möglicherweise der geeignetere Surrogatparameter für die Quantifizierung der Mukoadhäsion ist. Insgesamt zeigte sich bei den biologischen Präparaten eine deutlich größere Variabilität der Messwerte als bei den in vitro-Versuchen. Bei dem humanen Gewebe der ex vivo-Studie handelte es sich um Gewebe, welches von der für den Eingriff ursächlichen Erkrankung nicht betroffen war. In diesem Zusammenhang ist die große interindividuelle Variabilität der Messwerte auf der gesunden Schleimhaut hervorzuheben. Bei der Anwendung mukoadhäsiver Filme auf histologisch veränderter, pathogener Schleimhaut könnte die Mukoadhäsion möglichweise sogar weitaus variabler sein, da in diesem Fall neben der histologischen Veränderung auch eine mögliche Begleitmedikation eine Rolle spielen könnte. Diese Aspekte sollten bei dem Design einer Darreichungsform, aber auch eines geeigneten Testsystems zukünftig berücksichtigt werden.
Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse können zur weiteren Optimierung und Validierung einer Messmethode für die Mukoadhäsion beitragen, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu erhöhen. Um die biologische Relevanz dieser in vitro-Experimente zu verbessern, können physiologische Daten aus telemetrischen Systemen genutzt und in den experimentellen Aufbau implementiert werden.
The thesis investigates the occurrence of the Early Modern European witch-hunt within the distinctively diverse society of the Grand Duchy of Lithuania. Positioned at the intersection of Latin and post-Byzantine cultures, along with Western and Eastern Christianity, this region lay on the frontlines of the Reformation and Counter-Reformation. The research aims to analyze the specific characteristics of the witch-hunt in this area, considering it a case study of social and cultural interaction within a borderland. It focuses particularly on identifying the distinctive aspects of the Lithuanian witch-hunt, examining the social and cultural roots of the witch trials, and exploring their relationship to the broader social and cultural developments of the period.
Central to this study is a detailed examination of the witch trials and an analysis of court materials. The thesis posits a socio-cultural interpretation of witch persecutions, arguing that they were culturally influenced manifestations of social tensions, enacted through legal mechanisms. The emergence of new Early Modern challenges, such as the social consequences of agrarian reform, the expansion of manorialism, and serfdom, led to novel tensions, conflicts, and responses, including accusations of witchcraft. The importation of authoritative foreign ideas about witchcraft reinvigorated, facilitated, and shaped pre-existing moderate indigenous beliefs, a process facilitated by religious struggles and Catholic post-Tridentine confessionalization. The Lithuanian legal system provided an environment conducive to an intensive witch-hunt, with witchcraft being a secular grave felony tried in highly decentralized and poorly supervised courts. However, this potential was largely unrealized. The study argues that the cultural diversity of the society played a major role in inhibiting the spread of Western witchcraft discourse, thereby limiting the extent of the witch-hunt in the Grand Duchy of Lithuania.
Das Neuroblastom (NB) stellt als Tumor des sympathischen Nervenstranges den häufigsten extrakraniellen soliden Tumor des Kindesalters dar. Ein Bedarf innovativer Therapien, welche eine effektive Anti-Tumorantwort induzieren, ergibt sich aus dessen heterogener Charakteristik, höchst aggressivem Wachstum und trotz Therapien hohen Rezidivraten der high-risk-Patient*innen. In den letzten Jahren konnten durch zunehmende Erkenntnisse im Bereich der Tumor- immunologie verschiedene immuntherapeutische Verfahren etabliert werden. So stellt die Anti-GD2-Therapie (ch14.18/CHO) einen zentralen klinischen Pfeiler der multimodalen Therapie des high-risk-NB dar. Hierbei werden Anti-GD2-AK verab- reicht, die das NB-spezifische Antigen GD2 erkennen, was zur gezielten Aktivierung des körpereigenen Immunsystems hauptsächlich durch NK-Zellen mit anschlie- ßender Tumorzelllyse führt. Herausforderungen ergeben sich aus der Überwindung der immuninhibitorischen Tumorumgebung sowie der Reduzierung natürlicher Regulationsmechanismen.
Vorherige Arbeiten der Arbeitsgruppe haben eine Anti-GD2-Immuntherapie abhängige Induktion des Immuncheckpoints PD-1/PD-L1 sowie der regulatorischen myeloiden CD11b+-Zellen (MRC) gezeigt. Für die vorliegende Arbeit war nun die Rolle der CD11b+ MRC von besonderem Interesse. Hierfür wurden CD11b+ Zellen in einem syngenen NB-Mausmodell mittels Anti-CD11b-AK blockiert oder durch 5-FU selektiv depletiert, was zu einem deutlich reduzierten Tumorwachstum und verbessertem Überleben führte. Zusätzlich wurde mittels RT-PCR die relative Gen- expression MRC-modulierender Gene (Arg1, CCL2, GM-CSF, IDO, IFNγ, IL-1β, IL-4, IL-6, IL-6R, IL-8, IL-10, M-CSF, M-CSFR, iNOS, TGF-β1 und VEGF-A) in der Tumormikroumgebung sowie der Milz evaluiert. Hier wurde eine Reduktion der modulierenden Gene nicht nur in der Tumormikroumgebung, sondern sogar peri- pher durch die Depletion von MRC nachgewiesen. Somit konnte eine negative Rolle der MRC beim NB bestätigt werden.
Diese Ergebnisse stellten eine Grundlage für die kombinierte Immuntherapie aus Anti-GD2-AK und MRC-Depletion dar. Eine Steigerung der antitumoralen Wirksam- keit im Vergleich zu den entsprechenden Monotherapien wurde gezeigt. Dabei wurden eine verbesserte Überlebenswahrscheinlichkeit und ein reduziertes Tumor- wachstum festgestellt. Die vorliegenden Ergebnisse liefern daher die Grundlage für einen neuartigen kombinierten Therapieansatz, um die immer noch schlechten Überlebenschancen der high-risk-Patient*innen zu verbessern.
Beeinflussung der Wundheilung von respiratorischen Epithelzellen in vitro durch Roxithromycin
(2023)
In der vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss des Makrolid-Antibiotikums Roxithromycin auf die frühe Phase der postoperativen Wundheilung am Zellkulturmodell untersucht werden. Gründe für den Einsatz des Medikamentes sind abseits der bekannten bakterios-tatischen Wirkung insbesondere die in der Langzeitanwendung beschriebenen immunmodulatorischen Effekte. Es sollte untersucht werden, ob diese bereits in der Akutsituation zu einem Benefit in der Wundheilung im HNO-Bereich führen, da Wundhei-lung hier sekundär verläuft und Wundheilungsstörungen durch Fibrosierungen und Re- Stenosen nicht selten zu einer operativen Korrektur zwingen.
Gewählt wurden S9-Zellen als Modell für respiratorisches Epithel, welche einer standardi-sierten Wundsetzung durch Stanzung unterzogen wurden. Mittels AlamarBlue-Assay wurden zytotoxische Medikamentenkonzentrationen herausgearbeitet und im Folgenden durch Konzentrationsfindungsversuche über 120 Stunden mit kombinierter Wundsetzung bestätigt. Im Vergleich zur Kontrollgruppe beschleunigt Roxithromycin in Konzentrationen von 10 µg/ml, 20 µg/ml und 40 µg/ml eher die Wundheilung, während Konzentrationen von 80 µg/ml und 160 µg/ml zu einer signifikanten (p ≤ 0.01 bzw. p ≤ 0.05) Hemmung der Wundheilung führen. Die Effekte waren jeweils über die ganze Beobachtungsdauer und im Ausmaß zunehmend nachweisbar. Roxithromycin in einer Konzentration von 160 μg/ml konnte die Zellproliferation 96 und 120 h nach Wundsetzung so stark hemmen, dass die residuale Wundfläche sogar anstieg.
In einem Validierungsansatz konnte zudem herausgearbeitet werden, dass die Wundsetzung konsequenterweise von nur einer/m Experimentierenden erfolgen sollte, um ein re-produzierbares Ergebnis zu erhalten, während sich kein Unterschied in der Auswertung der Wundflächen durch verschiedene Personen zeigte.
Zum Verständnis der molekularbiologischen Effekte des Medikamentes auf Epithelzellen wurden unter Berücksichtigung der in der Literatur beschriebenen maximalen Serumkonzentration bei systemischer Anwendung von Roxithromycin (7,28 ± 1,85 mg/l), fehlenden Hinweisen auf einen zytotoxischen Effekt sowie tendenziell beschleunigter Wundheilung nachfolgend 2D–DIGE-Experimente gekoppelt mit massenspektrometrischen Proteinidentifikationen für die Roxithromycinkonzentration von 10 µg/ml durchgeführt. Es ergaben sich Hinweise auf eine Förderung des Zellwachstums durch Beeinflussung des Polyaminmetabolismus über Induktion der Spermidinsynthase und darüber hinaus Spermidin-abhängige Modifikation des Translationsfaktors EIF5A. Des Weiteren wurde eine Nrf2-assoziierte Antwort auf oxidativen Streß bereits bei niedriger Roxithromycin- Konzentration von 10 µg/ml als protektiver Faktor ermittelt. Durch quantitative LC-MS/MS-Analysen wurde dieser Effekt ebenso für Konzentrationen von 20 und 40 µg/ml Roxithromycin bestätigt. Der weitläufig dokumentierte konzentrationsabhängige zytotoxische Effekt des Medikamentes bei höheren Konzentrationen konnte auch in dieser Arbeit gezeigt werden. Während apoptoseauslösende Proteine in der Konzentration von 10 µg/ml nicht nachgewiesen werden konnten, gelang in höheren Roxithromycin-Konzentrationen eine Darstellung von regulierten Proteinen des intrinsischen und extrinsischen Apoptoseweges, bis hin zur bereits mikroskopisch erfassbaren Zelldepletion bei Konzentrationen von 80 und 160 µg/ml. Insbesondere bei der Konzentration von 20 µg/ml fanden sich Hinweie, dass eine Regulation über den ERK1/2-Pathway stattfindet, welcher umfangreiche Funktionen wie Zytokinfreisetzung, Zellmigration, Zellproliferation und auch Zelltod moderiert.
Die Behandlung mit Roxithromycin führt in niedriger Konzentration (10 µg/ml) tendenziell zu einer beschleunigten Wundheilung ohne Auftreten zytotoxischer Effekte. Grundlage könnte die Aktivierung von Translationsfaktoren (EIF5A) und Protektion vor den Schäden durch oxidativen Streß sein. Damit stellt diese Therapie eine Option in der frühen postoperativen Situation im HNO-Bereich dar, welche allerdings weiterer Untersuchung z. B. durch Testung an Fibroblasten bedarf. Attraktiver erscheint das Outcome bei einer Medikamentenkonzentration von 20 µg/ml, da die epitheliale Wundheilung signifikant schneller abläuft und somit zu einem schnelleren Wundverschluß führt. Die molekularbiologischen Hinweise auf Induktion der Apoptose werden bei dieser Konzentration offenbar noch durch protektive Mechanismen über Beeinflussung der Zellmigration, Neutralisierung von Schäden durch oxidativen Streß und Eingriff in den ERK-Pathway aufgefangen, was bei höheren Roxithromycinkonzentrationen nicht mehr gelingt und in einer Zelldepletion mündet. Daher bietet sich für die Konzentration von 20 µg/ml insbesondere die topische Applikation als Salbenstrang oder Nasenspray an, um die positiven Effekte zu nutzen und die Limitation durch vorheriges Erreichen der maximalen Serumkonzentration zu umgehen. Empfehlenswert ist die Untersuchung des Medikamentes in weiteren Zell-reihen und in vivo da Wundheilung ein multimodaler Prozeß ist. Eine topische Applikation von ggf. höheren lokalen Konzentrationen scheint hier keinen zusätzlichen Nutzen darzustellen.
Ziel dieser Arbeit war die periodische Oberflächenstrukturierung von Ti6Al4V und Ti6Al4Nb-Oberflächen mittels UV-Strahlung, die präklinische Charakterisierung dieser hinsichtlich der Freisetzung von Metallionen und der Funktionalität humaner Osteoblasten und gingivaler Fibroblasten im Vergleich zu polierten Standardoberflächen.
Die Topografie der Oberflächen wurde mittels REM charakterisiert. Die Freisetzung von Metallionen wurde mittels Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma quantifiziert. Zur Untersuchung der Biokompatibilität wurden das Adhäsionsvermögen, die metabolische Aktivität, die Proliferationskapazität, die Zytotoxizität, die Aktivität der ALP und Wachstumsfaktoren und Zytokine in Zellkulturüberständen quantifiziert.
Nach Kultivierung der humanen Osteoblasten wurde signifikant mehr Ti, Al und V von periodisch strukturierten Ti6Al4V-Oberflächen und signifikant weniger Ti und Nb von periodisch strukturierten Ti6Al4Nb-Oberflächen freigesetzt. Auf periodisch strukturierten Ti6Al4V- und Ti6Al4Nb-Oberflächen adhärierten beide Zellarten signifikant schlechter. Die adhärierten Fibroblasten proliferierten dabei signifikant schneller und zeigten eine bessere Viabilität auf den periodisch strukturierten Ti6Al4V- und Ti6Al4Nb-Oberflächen. Die Osteoblasten auf periodisch strukturierten Oberflächen wiesen nach osteogenen Stimulus eine signifikant höhere ALP-Aktivität auf. Das Sekretionsprofil von Wachstumsfaktoren und Zytokinen der humanen Osteoblasten und gingivalen Fibroblasten deutet auf einen ausgeglichenen immunmodulativen Effekt hin.
Die Ergebnisse der texturierten Ti6Al4Nb-Oberflächen zeigen eine bessere Biokompatibilität auf. Das kann durch weniger Metallfreisetzung im Vergleich zur polierten Oberfläche, unveränderte zelluläre Viabilität (humane Osteoblasten) und verbesserte Viabilität (gingivale Fibroblasten), verbesserter Proliferationskapazität (gingivale Fibroblasten) und ein ausgeglichenes immunmodulatives Sekretionsprofil begründet werden.
Damit die verbesserte Osteogenese in der Klinik genutzt werden kann, muss in einem nächsten Schritt überprüft werden, ob die verbesserte Matrixbildung die verminderte Adhäsion der Zellen kompensiert und die Applikation der periodischen Oberflächenstrukturen auf 3D-Oberflächen ermöglicht werden. Hierfür ist eine Testung der Ti6Al4Nb Titanlegierung am Tiermodell denkbar.
Hintergrund: Wie der akute Myokardinfarkt, das Polytrauma oder der Schlaganfall zählt auch die Sepsis zu den zeitkritischen Notfällen in der Medizin [3]. Ein zügiger Therapiebeginn mit Antibiotika ist notwendig, da eine Verzögerung einen negativen Einfluss auf das Überleben hat [13,14]. Durch die vielfältige klinische Symptomatik einer Sepsis ist die Diagnosestellung selbst für erfahrenes Personal erschwert [4]. Das Gehirn ist häufig von einer Organdysfunktion bei einer Sepsis betroffen [10,20]. Das Spektrum der klinischen Ausprägung ist facettenreich: Einschränkungen der Kognition, Desorientiertheit, Somnolenz, Koma, aber auch motorische Symptome und Krampfanfälle können auftreten [29,30,49].
Fragestellung: Wie ist das Management von Patient*innen mit einer Sepsis, die über die neurologische Notaufnahme und damit einer vermutlich vordergründig neurologischen Symptomatik aufgenommen wurden?
Patient*innen und Methoden: Aus allen Patient*innen, die vom 01.01.2009 bis 31.12.2017 in der neurologischen Notaufnahme/Stroke Unit der Universitätsmedizin Greifswald vorstellig wurden, wurde retrospektiv schrittweise eine Studienpopulation selektiert und untersucht. Verwendet wurden hierfür ICD-10 Codes, sowie Kriterien für eine vermutete Infektion, der qSOFA- und SOFA-Score. Schließlich entstand ein Studienkollektiv, das innerhalb der ersten 48 Stunden bei retrospektiver Betrachtung Kriterien einer Sepsis erfüllte. Bei diesen Patient*innen wurde unter anderem die zur Aufnahme führende Symptomatik erhoben, die Abnahme von Blutkulturen, Messung des Laktatspiegels, sowie der Beginn einer antiinfektiven Therapie als Maßnahmen des Surviving Sepsis Campaign Bundles erfasst [2].
Ergebnisse: Die Studie zeigt, dass eine Bewusstseinsstörung die am häufigsten zur Aufnahme führende Symptomatik darstellt. Darauf folgt eine allgemeine Verschlechterung des Allgemeinzustandes. Die Dauer bis zur Abnahme von Blutkulturen, Beginn einer antiinfektiven Therapie und Messung des Laktatspiegels ist deutlich länger als in der zum Untersuchungszeitpunkt gültigen Handlungsempfehlung der Surviving Sepsis Campaign vorgegeben [2,17].
Diskussion und Fazit: Warum die Dauer bis zur Durchführung der zum Untersuchungszeitpunkt leitliniengerechten Maßnahmen in dieser Studie deutlich länger ist als vorgegeben, lässt sich nur vermuten. Mögliche Ursachen können in der fehlenden Identifizierung, an unzureichender Therapiekenntnis oder Problemen bei der Kommunikation in der Behandlung liegen [95]. Gerade wenn eine neurologische Symptomatik im Vordergrund steht, besteht die Gefahr, eine Sepsis in der prä- oder frühen innerklinischen Versorgung zu übersehen [5]. Insgesamt sind Schulungen zum Thema Sepsis und speziell der verschiedenen neurologischen Ausprägungen für das gesamte Behandlungsteam neurologischer Notaufnahmen und Stroke Units notwendig. Ebenso sollte sowohl im Rettungsdienst als auch in neurologischen Notaufnahmesituationen sofort bei Symptomen wie einer neu aufgetretenen oder sich verschlechternden Bewusstseinsstörung aber auch Krampfanfällen, die Differentialdiagnose „Sepsis“ in Betracht gezogen und die betroffenen Patient*innen systematisch auf das Vorliegen einer Sepsis gescreent werden.
In this thesis, I was able to provide answers to transport processes in lipid monolayers, which are ultimately, all of biological relevance. In particular, I was interested in lipid oxidation and dynamic compression/expansion processes of surfactant monolayers at the air-water interface:
Lipid oxidation was shown to be a consequence of the formation of a high concentration of reactive oxygen species (ROS) during cell respiration, which finally can lead to severe cell damage. It is not yet understood clearly, which part of the lipid molecules is especially prone to a ROS attack. I was particularly interested in the role of the double bonds of the acyl chains of the lipid molecules during oxidation. Further, I wanted to know the time scales of lipid interaction with the ROS.
Compared to lipid vesicles, lipid monolayers have the advantage that many parameters of the system can be adjusted easily. In our system, I made use of this by setting the lateral pressure to low values during H2O2 treatment, which facilitated the ROS to reach the double bonds in the acyl chains.
A prime example of biological systems out of thermal equilibrium was given in the alveolus surface, which is covered with a surfactant monolayer. During breathing, these monolayers undergo such a highly dynamic compression and expansion. Arising flows from breathing could disrupt a film and consequently, it would lose its protective role. One of my goals was to understand flows and their influence on domain shape. Dependent on the strength of the flows, I expected different growth regimes, with differing prevailing transport processes. Once understanding the underlying mechanisms in domain shaping would allow me to draw conclusions on biological systems.
In order to address these questions, I established two systems, both based on the compression of lipid monolayers. I used isotherms to study the phase behavior of the lipids:9 During compression, the lipids can undergo phase transitions from the gaseous phase to the liquid expanded phase (LE-phase) and further from the LE-phase to the liquid condensed phase (LC-phase). A coexistence regime is observed in between the LE-phase and the LC-phase, characterized by a flat increase of lateral pressure with decreasing molecular area. Some lipids exhibited LC-phase domains. These were further investigated with Brewster angle microscopy (BAM). The used BAM was equipped with an integrated Scheimpflug optics, enabling an overall focused image plane. Furthermore, time-resolved observation of the growth of the domains was possible by recording videos (20 frames per seconds).
The first system enabled the investigation of lipid peroxidation, when the lipids were exposed to ROS. I chose DMPC, POPC, DOPC and PLPC, since these are phospholipids differing in the number and position of double bonds in acyl chains, but not in the head group. I used a H2O2 enriched phosphate buffered saline (PBS) solution, which served as a precursor for more reactive ROS, like hydroxyls (.OH). PBS was chosen, since it resembles the cell environment best. During defined waiting times of H2O2 treatment, the ROS diffused vertically from the subphase towards the monolayer. The lipid molecules were in the LE-phase, which facilitated the ROS molecules to reach also the double bonds of the acyl chains. The oxidized monolayers were then compressed at constant compression speed. Since the corresponding isotherms could be measured with high precision, the relative area increase δA/A between oxidized and non-oxidized monolayer along the isotherm proved to be a good measure for lipid peroxidation. The area increase δA in the molecular area of the oxidized molecules was explained by the eventually added, more hydrophilic −OOH group at the position of a carbon atom adjacent to a double bond in the unsaturated acyl chain. The −OOH group is drawn to the hydrophilic head group of the lipid. This leads to a kink in the acyl chain, which increases the molecular area A by δA. A model, which explained this peroxidation process in lipid vesicles, could be adopted to monolayers.
I compared the oxidation of phospholipids, differing in the number and position of the double bonds of their acyl chains. I found that δA/A increased with the growing number of double bonds in one acyl chain. However, a comparison of DOPC with POPC also showed the importance of the position of the acyl chain. I determined a slow reaction kinetic. It could be estimated by a √t dependence of the number density N_surface, which denominates the ROS sticking on the monolayer. The transport of ROS towards the monolayer was found to be diffusive, because it was the slowest process in the reaction. This interpretation was reinforced by a comparison of the temperature dependence of the relative area increase δA/A with the Stokes-Einstein diffusion coefficient of water molecules. The initial ROS concentration c_0 in the trough could be traced back (c_0~ 50 nM), which is indeed a realistic value found in human cells.
Concluding, our results can be understood as a feasibility study. The complexity of the monolayer can be arbitrarily increased, for example by the addition of proteins, allowing the investigation of other oxidative processes occurring in the cell membrane.
The second system allowed the investigation of growth of LC domains during fast compression processes of monolayers. I chose erucic acid monolayers, due to its low line tension and a continuous nucleation phase, enabling the formation of fractal domains. The monolayers were investigated with isotherms and BAM videos. Since v_C (compression speed of the monolayer) was continuous over the whole compression time, I had a system with well-defined hydrodynamic conditions. This allowed me a complete analysis of the system, starting with descriptive features of the observed domains to a classification of the observed growth regimes by means of hydrodynamic theory, through to the distinction and quantification of different kind of flows and supersaturations, involving Ivantsov theory:
Dependent on the compression speed v_C, I observed seaweed or dendritic domains. The LE/LC phase transition pressure pi_t was slightly increased compared to pi_inf of the equilibrium isotherm. A high compression speed v_C induced a supersaturation Δc. I introduced the excess lateral pressure Δpi=pi-pi_inf as an appropriate quantity to describe the supersaturation Δc. I showed a linear behavior of Δc on Δpi. Δc is a macroscopic quantity since it is averaged over the whole monolayer area. I characterized the domains of the seaweed and dendritic regime with respect to tip radii, branch lengths, side branch separations and fractal dimensions. I calculated the growth speed of the main branches. A roughly doubling of the growth speed of dendritic domains, compared to seaweed domains was observed. This was an evidence of adjunctive (Marangoni) flow in the subphase.
For each monolayer, I observed drifts during domain growth, which I explained by an anisotropy in the LE-phase, caused by the continuous nucleation of the domains. These kind of surface flows were superimposed to bulk flows in the subphase. Since I had a well established system, I could analyze the influence of these surface flows on domain shape, in terms of magnitude, direction and duration of the surface flows. I therefore used FFT spectra and directionality histograms. At low flows, the FFT showed six-fold symmetry. Higher drifts exhibited incisions in the FFT, eventually leading to dumbbell shaped FFTs at very high drifts. The domains grew preferentially in the direction parallel to the incision.
I used directionality histograms to analyze the angular distribution of the growing domains. They showed that the drift direction always correlated with a minimum in the histogram. In order to analyze drift duration, I split the domain in downstream and upstream side. I could show that for small drift durations, downstream growth was preferred. However, for longer drift durations, the flows got more isotropic and consequently growth was more balanced then.
I could observe only a weak correlation between drift velocity v_D and compression speed v_C. However, dendrites were formed when the compression speed v_C was high, while seaweed domains were formed when v_C was small. Domain distortion occurred in the same way, independent if seaweed or dendritic domains were considered. I further showed that hydrodynamic flows in the subphase and surface flows are superimposed and scale differently. Consequently, they have different impact on domain shape: hydrodynamic flows act on μm scale and influence the domain morphology (distance between side branches, and tip radius) and the growth speed of the main branches. Surface flows act on the mm to cm scale, cause an anisotropic flow in the LE phase surrounding the domain, and thus affect the overall domain shape.
The anisotropy in the LE-phase led to a locally different degree of supersaturation. To take this into account, I introduced a local normalized supersaturation Δ, based on the Ivantsov solution. Therefore, I calculated Péclet numbers p of measured quantities of the system. I obtained values of 0.88 ≤Δ≤0.90 for the seaweed regime (p<5) and 0.93 ≤Δ≤0.96 for the dendritic regime (p>6). Since the Ivantsov solution can only be applied for purely diffusive processes, I applied a modified Ivantsov solution Δ_mod, which calculates Δ at a distance 𝛿 ahead of the dendrite tip. I was able to determine the progression of the diffusive layer 𝛿, however a quantitative determination failed.
Applying hydrodynamic theory allowed me to classify the two growth regimes with respect to the Boussinesq number Bq. Since for both growth regimes, I achieved values of Bq<1, bulk viscous losses dominated over surface viscous losses. Further, a cross-over length 𝜉 was calculated, from which one can distinguish, whether advective transport dominates over diffusion.
I further connected the two defined supersaturations Δ and Δc via the excess lateral pressure Δpi. From this, I saw differences in the seaweed and dendritic growth regimes: The local normalized supersaturation Δ of seaweed growth seemed to be quite stable for a further increase of the lateral excess pressure Δpi, whereas it reacted quite sensitive in the dendritic regime. This was found to be an indication of a non-equilibrium regime, caused by the strong coupling of the monolayer to the subphase. It reinforces therefore the theory of Marangoni-flow.
The findings of this thesis emphasize the importance of understanding highly dynamic compression/expansion processes arising in surfactant monolayers. Using the example of the compression of the alveolus surface, it can be seen that a more realistic model of the pulmonary alveolus is not only enabled by increasing the complexity of the surfactant monolayer (e.g. by adding specific proteins or lipid mixtures to the monolayer). Equally important is the understanding in transport processes and the consequences for the monolayer structure. By the analysis of domain shapes, I presented a method, which is suitable for such a study.
Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die wirtschaftshistorischen Entstehungs- und Entwicklungsprozesse des Genossenschaftsbankwesens im Baltikum bis zum Zweiten Weltkrieg zu untersuchen und zu vergleichen. Dabei werden die Einflussfaktoren der wirtschaftshistorischen Entstehungs- und Entwicklungsprozesse der Genossenschaftsbanken in den jeweiligen Ländern herausgearbeitet und analysiert.
Die genossenschaftliche Entwicklung in den baltischen Gebieten begann in den 1860er Jahren zu einer Zeit, in der die drei Staaten Estland, Lettland und Litauen nicht in ihrer heutigen Form existierten, sondern in Gouvernements aufgeteilt dem Russischen Zarenreich angehörten. Die genossenschaftliche Idee verbreitete sich trotz erheblicher Widerstände in den baltischen Gebieten des Russischen Reichs. Noch vor dem Ersten Weltkrieg bestand ein weitläufiges Netz aus Genossenschaftsbanken. Nach dem Ersten Weltkrieg erklärten die baltischen Länder ihre Unabhängigkeit. Die drei landwirtschaftlich geprägten Republiken Estland, Lettland und Litauen stellten aufgrund verschiedener Faktoren eine vorteilhafte Struktur für die Verbreitung des Genossenschaftswesens dar. Trotz der Weltwirtschaftskrise der 1930er Jahre und des Übergangs der Republiken zu autoritären Regierungen etablierte sich ein starkes Genossenschaftsbankwesen, obgleich sich die Gegebenheiten durch die staatliche Einflussnahme gravierend veränderten. Bis zur Inkorporation der baltischen Staaten in die Sowjetunion im Zuge des Zweiten Weltkriegs und der damit einhergehenden Liquidation des Genossenschaftsbankwesens gehörten die baltischen Länder zu den am meisten kreditgenossenschaftlich entwickelten Ländern der Welt.
Krankheitserfahrung und Ethik: Ein Beitrag zur Frage der Verantwortung von Patientenorganisationen
(2023)
Die vorliegende Dissertationsarbeit analysiert die Verantwortung von
Patientenorganisationen gegenüber ihren Mitgliedern und die sich daraus ergebenden
Handlungsmotive.
Als zentrale Elemente erweisen sich dabei die Möglichkeiten, individuelle
Krankheitserfahrungen ihrer Mitglieder zu erfassen und eine vermittelnde Rolle
zwischen Patient:innen und Forschenden bzw. medizinischem Fachpersonal
einzunehmen. Individuelle Krankheitserfahrungen (in der Fachliteratur überwiegend
als „experiential expertise“ bekannt) stellen besonders bei chronischen und nicht
heilbaren Erkrankungen eine wichtige Ressource dar. Wissenschaftliche Fortschritte,
die die Krankheitslast senken und die Lebensqualität der Betroffenen erhöhen, hängen
maßgeblich von dieser Ressource ab. Zugleich sind Betroffene von chronischen und
nicht heilbaren Erkrankungen häufig durch starke Patientenorganisationen vertreten.
Aus diesem Grunde handelt es sich bei Patientenorganisationen um die idealen
Akteurinnen, um „experiential expertise“ gewinnbringend in Forschungsaktivitäten
einzubringen.
Dabei werden Patientenorganisationen aufgrund der bei ihnen vorhandenen
Eigenschaften Intentionalität und Handlungsfähigkeit als eigenständige, moralisch
handelnde Akteurinnen identifiziert. In beiden Aspekten überwinden
Patientenorganisationen Limitationen von Individuen: Ihre Intentionalität formt sich aus
den kollektiven Bedürfnissen ihrer Mitglieder und ihre Handlungen sind aufgrund der
Kollektivität wirkmächtiger.
Die Anwendungsrelevanz der vorgenannten Erkenntnisse wurde im Rahmen dieser
Dissertation mittels einer qualitativen Interviewstudie mit an chronischer Pankreatitis
erkrankten Mitgliedern der Patientenorganisation „Deutsche Pankreashilfe e.V.“
bestätigt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei dieser nicht heilbaren und phasenweise
verlaufenden Erkrankung, abseits der Behandlung der akuten Krankheitsphasen, ein
Ausbau der Psychoedukation und gesellschaftlicher Aufklärungsarbeit einen
signifikanten Beitrag zur Senkung der Krankheitslast leisten könnte.
Die vorliegende Dissertation liefert eine ethische Argumentation zur Nutzung des
Potenzials von Patientenorganisationen zur langfristigen Verbesserung der
Lebensqualität ihrer Mitglieder. Weitere Forschung ist notwendig, um eine
praxisorientierte Umsetzung der Erkenntnisse bei hoher Heterogenität von
Krankheiten und Patientenorganisationen zu ermöglichen.
This dissertation focuses on the characterization of novel enzymes and metabolic pathways that fulfill crucial functions during marine carbohydrate degradation by Bacteroidetes and thus contributes to an advanced understanding of the global carbon cycle. Depolymerization and utilization of marine polysaccharides by Bacteroidetes requires a tremendous repertoire of enzymes with a wide range of functions. For instance, during the breakdown of the marine red algal polysaccharide porphyran, an oxidative demethylation of the methoxy sugar 6-O-methyl-D-galactose (G6Me) by cytochrome P450 monooxygenases occurs. This reaction produces huge amounts of cytotoxic formaldehyde, marine bacteria capable of degrading porphyran must therefore possess suitable formaldehyde detoxification pathways. Consequently, Article I focus on the identification of possible formaldehyde detoxification pathways in marine
Flavobacteriia, which led to the discovery of the ribulose monophosphate pathway as specific pathway for the detoxification of formaldehyde in certain Bacteroidetes like Zobellia galactanivorans. Furthermore, it was demonstrated in Article II that alcohol dehydrogenases play an essential role in the microbial utilization of G6Me and therefore possess a function in porphyran degradation. Discovering novel enzymes, entire enzymatic cascades or biotechnologically important microorganisms that can metabolize these marine carbohydrates also contributes to the utilization of marine polysaccharides as feedstock for potential biotechnological applications. A prospective biorefinery process was proposed in Article III by the identification of Bacillus licheniformis as promising utilizer of marine carbohydrate-derived monosaccharides and the creation of a microbial cell factory capable of growing on ulvan, a marine carbohydrate obtainable from algal bloom-dominating green algae, enabling an industrial use of the renewable and abundant algal biomass in future.
Graphene is a strictly two-dimensional honeycomb lattice of carbon atoms whose low-energy charge-carrier dynamics obey the massless pseudospin-1/2 Dirac-Weyl equation (or chiral Weyl equation) where the chiral centers (or valleys) are the corners K and K‘ of the Brillouin zone. The linear spectrum near the Dirac nodal points lends graphene its exotic and ultra-relativistic properties.
However, condensed matter systems can possess fermionic excitations with linear dispersions that have no analog in high-energy physics since the crystal space group - instead of the Poincare group - constrains the energy dispersions. Perhaps the first example in this regard is the T_3 lattice (Dice Gitter), a honeycomb-like lattice with an extra atom placed at the center of each hexagon and coupled to only one of the sublattices. The spectrum features a strictly flat band that crosses the two conical intersections of the Dirac cones at K and K' inherited from graphene. The enlarged pseudospin-1 Dirac-Weyl equation describes the low-energy dynamics. By rescaling the transfer amplitude of the additional atoms in the T_3 lattice with a parameter 0<α<1, the resulting α-T_3 lattice continously interpolates between graphene and the T_3 lattice.
In this work, we explore the behavior of generalized Dirac-Weyl quasiparticles in external magnetic and valley-dependent pseudoelectromagnetic fields induced by out-of-plane strain. First, we studied Dirac-Weyl quasiparticles in external fields confined to circular quantum dots by generalizing the infinite-mass boundary condition to the α-T_3 lattices. We verified the analytically derived valley-anisotropic eigenstates of the quantum dot by numerically solving the tight-binding lattice-model in closed (isolated) and open (contacted) systems.
Second, we considered strain fields in the α-T_3 lattices to modify the low-energy transport properties by an effective pseudo-gauge field with opposite signs at the K and K‘ valley. In particular, we showed that the inhomogeneous pseudomagnetic field generated by Gaussian out-of-plane strain at the center of a four-terminal Hall bar setup acts as a valley filter. Most interestingly, the valley polarization is most dominant when incoming electrons are excited to pseudo-Landau level subbands. These bands are linked to different iso-field orbits encircling the lobes of the pseudomagnetic field. Addittionaly, any intermediate α breaks the inversion symmetry of the α-T_3 lattice and thus splits the pseudo-Landau levels into sublattice-polarized bands.
Third, we equipped the out-of-plane strain with a time-periodic drive to induce a valley-dependent pseudoelectric field perpendicular to the pseudomagnetic field. We assessed the steady-state transport properties and found – besides the static regime for small energies – two α-dependent valley-filtering regimes due to the periodic drive. Firstly, we found an additional valley-polarization plateau at the Floquet-zone boundary between the central and first Floquet copy that also displayed a “flower”-like pattern in the local density of states. Secondly, we detected a series of transmission gaps at the center of every Floquet sideband 2mΩ related to the Floquet coupling of the flat band with the central Floquet copy. Under certain strain parameters, a novel valley-filtering regime appears near the transmission gaps where the incoming K electrons are focused through the bump by the pseudoelectric field, instead of encircling the lobes of the pseudomagnetic field. A stability analysis demonstrated that the polarization regimes are tunable by the driving frequency.
Lastly, we demonstrated that the flat band in the Haldane-dice lattice modified by a uniaxial strain along the zigzag orientation remains singular at all band crossings where the model undergoes a topological phase transition between C=+-2 and C=0. To show this, we computed the compact localized eigenstates and the quantum distance of the Bloch wave function around the band-touching points. We derived the resulting non-contractible loop states and an extended state whose components are tunabe by the system parameters.
Antimicrobial resistance (AMR) is of paramount importance in the context of One Health, an integrated and unifying approach that aims to achieve a sustainable balance in the well-being of people, domestic and wild animals, plants, and their shared environments. Whenever bacteria become resistant to the therapeutic effects of antibiotics, they can cause infections that are difficult to treat effectively, increasing the risk of severe disease progression and death. Although AMR can develop naturally over time and is per se “ancient”, the excessive use of antibiotics in human and veterinary medicine over the past century has significantly accelerated its emergence and spread. Opportunistic Gram-negative enterobacteria, particularly Escherichia coli (E. coli ) and Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) strains, increasingly exhibit resistance to multiple classes of clinically used antibiotics, thus presenting multidrug-resistant (MDR) phenotypes. To make matters worse, some of these strains combine multidrug resistance with high-level virulence, posing a threat to both immunocompromised and healthy individuals. Consequently, MDR E. coli and K. pneumoniae have been designated as high-risk pathogens by the World Health Organization, underscoring the urgent need for new antibiotic development.
This thesis is motivated by the fact that only a limited number of international high-risk clonal E. coli and K. pneumoniae lineages stand out across all One Health dimensions and dominate the broad pool of MDR enterobacteria. While we only know little about the underlying drivers and contributing factors impacting their occurrence, emergence, and adaptation across different ecologies, this thesis employs a diverse range of bioinformatics and phenotypic approaches to identify the key factors important for the success of these lineages, also in rather under-explored settings. It includes three main components: (i) the analysis of genomic survey data of MDR E. coli isolates from ecologies in sub-Saharan Africa, (ii) the application of functional genomics and phenotyping techniques to characterize bacterial virulence and assess its clinical relevance in a food-borne E. coli strain, and (iii) the investigation of evolutionary pathways that promote the development of resistance to a novel drug combination and exploring compensatory mechanisms in a K. pneumoniae strain. To achieve these objectives, this research integrates genomics and transcriptomics with molecular biology and functional studies encompassing a comprehensive set of in vitro and in vivo virulence and resilience assays to explore MDR bacteria in-depth.
We provide compelling evidence for the broad occurrence of successful high-risk clonal lineages in the One Health context and their circulation among clinics, wildlife, and food in international locations. In the first study, we isolated extended-spectrum β-lactamase (ESBL)-producing E. coli strains from houseflies collected from various wards at the University Teaching Hospital of Butare (Rwanda). In a follow-up study, we then examined in-depth the genomes of additional ESBL-producing E. coli from the same clinic and obtained from hospitalized patients, their caregivers, associated community members, and pets. The analyses revealed that the sample sets from this sub-Saharan African context consisted predominantly of globally recognized E. coli lineages, including sequence types (ST)131, ST167, ST410, and ST617. They play a pivotal role in the further dissemination and stabilization of AMR across diverse habitats within the One Health context. Moreover, our genomic results emphasize that these One Health-related high-risk clonal lineages exhibit the ability to successfully combine multidrug resistance with high-level bacterial virulence.
To gain a more detailed understanding of the sophisticated interplay of virulence and AMR, we developed and refined a set of in vitro and in vivo methods for virulence phenotyping. These methodologies enabled us to characterize pathogens based on crucial clinical aspects such as biofilm formation, siderophore secretion, resistance to complement-mediated killing, and their capacity to cause mortality in Galleria mellonella larvae. By using a food-borne E. coli strain from an internationally recognized high-risk clonal lineage, we verified the remarkable combination of a MDR phenotype with clinically significant virulence properties, including synthesis of curli fibers and cellulose as part of biofilm formation, extensive secretion of siderophores, resilience against complement-containing human serum and pronounced mortality in the infection model.
Nevertheless, the success of One Health-related high-risk clonal lineages does not rely solely on an “ideal” synergistic interplay between bacterial virulence and AMR. It also depends on their ability to rapidly mitigate the fitness costs associated with AMR acquisition, as these costs manifest in the form of reduced competitiveness and virulence in the absence of antibiotics. However, this is at odds with the observation of the global distribution of One Health-related high-risk clonal lineages across various One Health dimensions, even in environments with expectedly low selection pressures. To comprehensively address this, we conducted experimental evolution studies selecting for ceftazidime-avibactam-resistant mutants, which illuminated the rapid adaptations to changing environments. The adaptations and compensatory mechanisms were seemingly driven by major bacterial regulators, including the envelope stress response regulator RpoE on genomic and transcriptomic levels.
In conclusion, the results of this thesis shed light on the fundamental principles that govern the character and interplay between AMR and bacterial virulence and advance our understanding of the contributors and drivers of successful MDR international high-risk clonal lineages in the One Health context. This is also important for effective and alternative intervention strategies to prospectively further address the global threat of AMR.
Die weltweit zunehmende gesellschaftliche Mobilität, Globalisierungsbewegungen, Flüchtlingsströme und der Fernreisetourismus führen verstärkt zur Einreise von Migrant*innen mit genitalen, dentalen und weiteren Mutilationen ihres Körpers nach Europa. Dieses hat neben der gesellschaftlichen eine außerordentliche medizinische Relevanz. Eine patientenorientierte, erfolgreiche medizinische Behandlung ohne negative psychische und physische Folgen ist nur auf der Grundlage profunder Kenntnisse der kulturellen und ethnienspezifischen Besonderheiten möglich. Die Doktorarbeit wendet sich daher zunächst der Analyse von Zahndeformierungen mit ihren Ursachen, Folgen und den assoziierten Mutilationen zu und beschreibt bekannte Formen. Diese sind innerhalb des subsaharischen Raums Afrikas die einfache Zuspitzung der Zähne, die Zacken- und Lückenfeilung der Zähne, das Ausbrechen von Zähnen und das Verdrängen der Zähne aus ihrer ursprünglich anatomisch korrekten Stellung. In einem folgenden Schritt werden die genitalen Mutilationen wie u.a. die Klitorektomie, Labienexzision und Infibulation dargestellt und dazu die Ursachen, Folgen, juristische Dimension sowie Handlungsmöglichkeiten erläutert. Weiterhin werden Mutilationsformen aufgeführt, die im europäischen Raum kaum populär sind. Zu diesen zählen das sog. „Brustbügeln“, die Brustinzisionen, die Verlängerung der Genitalien sowie die Mutilationen der Skopzen. Die Prozedur des Brustbügelns ist in der Arbeit hinsichtlich ihres protektiven Motivs und ihrer mutilationsspezifischen Eigenheiten eingehend beschrieben. Die Brustinzisionen erfolgen bei der gezielten Anlegung von Narben (Skarifikationen) innerhalb eines Abhärtungsprozesses. Die Elongation der Labien richtet sich durch exzessives Dehnen der Genitalien auf eine rein ästhetische Komponente. In der Sekte der Skopzen wird die weibliche Brust mit dem Ziel eines Askesezustandes entfernt.
Weiter zählen zu den Mutilationspraktiken die im Kindesalter angebrachten „Infant Mutilation“. Mit der Enukleation, dem Ausreißen von Zahnkeimen und dem „Tea-Tea, der Zufügung von Schnitten auf der Brust, soll im Fall einer kindlichen Krankheit eine vermeintliche Kuration erreicht werden.
Mutilationspraktiken des subsaharischen Raums sind nach Literatur, allgemeinen Berichten und Berichten von Augenzeugen und Augenzeuginnen nicht auf einen Körperteil begrenzt und werden nicht auf lediglich eine Art ausgeführt. Es gibt einzelne Hinweise darauf, dass sie in Kombination auftreten. Dieses mögliche Auftreten von Kombinationen begründet in der vorliegenden Arbeit die Entwicklung der elementaren These, dass bei dem Vorhandensein offensichtlich erkennbarer Mutilationen im Sinne einer Korrelation auf weitere vorhandene Mutilationen zu schließen ist.
Für den Beleg dieser These wird auf der Grundlage einer systematischen Literaturrecherche aus einer tabellarischen Erfassung, einer kartographischen und einer inhaltlichen Betrachtung das zentrale Fazit dieser Arbeit gewonnen.
Die genannte tabellarische Auflistung erfasst in einer Dreigliederung einerseits Ethnien mit Zahndeformierungen, kategorisiert gemäß der Einteilung von Schröder, andererseits gleichzeitig auftretende Genitalmutilationen, kategorisiert gemäß der Einteilung der WHO und letztlich weitere Mutilationen. Die quantitativ am stärksten mit Korrelationen vertretene Zahnmutilationsart ist das Ausbrechen von Zähnen (Typ III), gefolgt von der einfachen Zuspitzung der Zähne (Typ I). Hinsichtlich der genitalen Verstümmelungen zeigt die Kliterektomie (WHO-Typ I), gefolgt von der Labienexzision (WHO-Typ II) die meisten Korrelationen.
Die genannte Auswertung kartographischen Materials lässt den Schluss zu, dass sich ein räumlich geographisches Vorkommen dentaler und genitaler Mutilationen wie ein Gürtel über den afrikanischen Kontinent zieht und mit geringen Ausbreitungs-unterschieden im subsaharischen Raum beträchtliche Korrespondenzen aufweist. Der genannte Überschneidungsbereich verläuft gleichermaßen gürtelartig. Dieser ist in einer eigenhändig erstellten Karte dargestellt und ermöglicht Ärzt*innen schnell eine Risikoeinschätzung ihrer Patientinnen bei Wissen um deren Herkunft.
Die letzte und inhaltliche Korrelationsebene ergibt sich aus ethnienspezifischen Grundlagen. Bei vielen afrikanischen Völkern ist das Leben in Abschnitte mit unterschiedlichen gesellschaftsinternen Rechten und Verpflichtungen gegliedert. Die jeweilige Stufe findet ihren Ausdruck in entsprechend angebrachten Mutilationen. Die sog. „Initiationsstufen“ werden im Lebenszyklus durchlaufen. Es werden sukzessive Mutilationen an unterschiedlichen Körperstellen vorgenommen. Sofern eine Ethnie dem Initiationsritus folgt, ist das Vorliegen mehrerer Mutilationsarten wahrscheinlich und künftige Deformierungen sind nicht auszuschließen. Entsprechend ist dieses exemplarisch für den Lebenszyklus der Massai dargelegt.
Die vorliegende Arbeit soll einen wichtigen Beitrag zur medizinischen Aufklärung über subsaharische Mutilationspraktiken leisten. Sie gibt Hilfestellung für ein interdisziplinäres Vorgehen in Diagnostik und Therapie. Die Dissertation soll als Ausgangspunkt für weitere interdisziplinäre Forschung verstanden werden.
Im Jahr 2020 wurden die 50-häufigsten Operationen insgesamt 15.823.464-mal durchgeführt und das entspricht rechnerisch ca. einer Operation auf fünf Einwohnern in Deutschland. Bei jeder dieser Operationen ist die Blutungsstillung eine therapeutische Notwendigkeit. Intraoperativ wird dafür häufig die Elektrokauterisierung verwendet, die aber mit einem Risiko der Nachblutung, Perforation und Gewebezerstörung einhergeht. Eine neue Variante zum Blutungsmanagement kann kaltes physikalisches Plasma (Gas-Plasma) darstellen. Dies ist ein energiereiches Gas, welches durch verschiedene Mechanismen, wie Temperatur, angeregte chemische Spezies, UV- und Wärmestrahlung, wechselwirkt. Es wurden in-vitro Untersuchungen an menschlichem Blut durchgeführt, um einen Wirkungsmechanismus von Gas-Plasma zu demaskieren.
In der vorliegenden Arbeit wurde festgestellt, dass ein Großteil der Thrombozytenaktivierung durch Gas-Plasma (ca. 55 %) auf eine Lyse der Erythrozyten zurückzuführen ist. Die Hämolyse wurde spektroskopisch nachgewiesen und in Abhängigkeit von der Behandlungszeit quantifiziert. Die Thrombozyten reagieren mit einer PI3K/Akt/p38-vermittelten Signalkaskade, welche schließlich zu deren Aktivierung führt. Bei der Signaltransduktion wurde eine Bedeutung von intrazellulären ROS und eine Hyperpolarisation der Mitochondrien der Thrombozyten festgestellt. Die Signaltransduktion kann über den Einfluss von ADP auf den P2Y12-Rezeptor erklärt werden. Es wurde ein auf künstliche Intelligenz basierender Auswertungsalgorithmus angewandt, welcher den Nachweis von vermehrten Thrombozytenaggregaten nach Applikation von Gas-Plasma erbrachte. Gas-Plasma wirkt über eine Vielzahl an reaktiven Spezies und ein alleiniger Einfluss von Wasserstoffperoxid, hypochloriger Säure und Superoxidanionen scheint unwahrscheinlich. Die Erklärung der Hämolyse wurde auf Singulett-Sauerstoff und Ozon zurückgeführt. Daneben kann NO direkt auf Thrombozyten wirken. Es wurde die erste Messung der oberflächlichen Temperatur einer Flüssigkeit bei Behandlung mit Gas-Plasma vollzogen. Dabei wurde eine geringe Änderung der Temperatur festgestellt. Weiterhin wurde der Einfluss der Evaporation als gering gewertet. Da die Anwendung von Gas-Plasma körpereigene Gerinnungsmechanismen beschleunigt, desinfizierend wirkt und nebenwirkungsarm ist, besitzt Gas-Plasma großes klinisches Potential im Bereich der chirurgischen Blutgerinnung.
Mass spectrometry-based Proteome analysis of porcine cells infected with African swine fever virus
(2023)
ASFV, a highly contagious, pathogenic and lethal pathogen of swine, poses a major threat to domestic and wild suids worldwide as neither vaccines nor treatments are available. Compared to other well-characterized similarly complex viruses like herpesviruses or adenoviruses, the understanding of ASFV biology is poor.
To improve the understanding of ASFV biology, following the establishment of a robust protocol for the isolation of primary monocyte-derived porcine macrophages (moMΦ) and their infection with ASFV for mass spectrometry (MS)-based proteome analysis was performed.
Under both conditions, naïve and infected, the isolated cells showed cell type-specific characteristics like phagocytosis and antigen presentation and protein expression patterns, including the expression of swine leucocyte antigens and CD markers. Furthermore, moMΦ could be reproducibly infected with ASFV isolates of different genotypes and pathogenicity.
The ASFV protein expression patterns in moMΦ correlate well with those observed in established cell lines at transcript and protein level. The expression of 27 ASFV proteins was confirmed at the protein level. Among them, 9 members of multi-gene families (MGF) and 12 novel open reading frames (nORFs) were recently predicted based on transcription start site mapping.
The direct comparison of closely related ASFV genotype II isolates revealed no virulence-associated protein expression patterns beyond those expected based on the genome sequences of the isolates.
Using different MS quantification strategies, it was shown that ASFV affects both static protein expression levels and protein synthesis. These changes in protein expression impact proteins and pathways known to be targeted by ASFV, including CD-markers, ER-stress and cell death pathways, and cellular antiviral responses. Beyond these observations that further validated the moMΦ infection model, novel effects of the ASFV infection on the cellular proteome were noticed.
These effects include the decreased expression levels of cathepsins, especially cathepsins D (CTSD), H (CTSH) and L (CTSL) as well as the transient activation of MAPK14/p38 prior to its strong downregulation. In addition to MAPK14/p38 further members of the MAPK14/p38 signaling pathway, like MAPKAPK2, were affected by ASFV infection.
As these modulations of the cellular proteome would in general result in decreased pro-inflammatory responses, it did stand out that the synthesis of interferon-response related genes including MX1 and ISG15 evaded the ASFV-induced global reduction of protein synthesis. In contrast, the synthesis of genes involved in RNA processing and splicing was significantly impaired. In total, the regulations of individual host proteins assessed in the context of the whole cellular proteome integrate well with each other and other cellular responses to ASFV infection and may help to improve the understanding of host-virus interactions.
Overall, this thesis provides novel insights into the expression of ASFV-encoded ORFs of different isolates and the host response to ASFV infection. It points out that the current knowledge of the ASFV coding capacity, temporal protein expression patterns, protein functionality, post-translational modifications and host interactions is still sketchy as many aspects of ASFV replication have yet to be understood. The established moMΦ-model to study ASFV infections in vitro provides a powerful tool for future applications to increase the understanding of ASFV biology.
Bei der familiären Form zerebraler kavernöser Malformationen (CCMs) handelt es sich um eine autosomal-dominant erbliche Erkrankung, die durch pathogene Keimbahnvarianten in den Genen CCM1/KRIT1, CCM2 bzw. CCM3/PDCD10 ausgelöst wird und mit einer Prävalenz von 1:3300 bis 1:3800 in der Allgemeinbevölkerung vorkommt. Neben Punktmutationen und kleinen Indels werden auch Strukturvarianten (SVs) in den Krankheitsgenen beobachtet. Diese sind jedoch mithilfe von Short-Read-basierten Genpanel- oder Exomsequenzierungen in der Routinediagnostik zum Teil nur schwer zu identifizieren.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher eine neue CRISPR/Cas9-basierte Nanopore-Sequenzierung der Gene CCM1, CCM2 und CCM3 sowie der flankierenden genomischen Regionen etabliert. Die Abdeckung der Zielregionen mit Reads länger als 20 kb erlaubte die zuverlässige Detektion von Kopienzahlveränderungen. Darüber hinaus konnte anhand einer interchromosomalen Insertion und einer 24 kb großen Inversion gezeigt werden, dass die Methode auch komplexere SVs nachweisen kann. Das Protokoll einer Cas9-basierten Sequenzierung ausgewählter genomischer Zielregionen auf der MinION-Plattform kann gut auf andere Fragestellungen übertragen werden und lässt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand in vielen Laboren etablieren.
Ein zweiter Schwerpunkt der Promotionsarbeit lag auf der Entwicklung neuer, vielseitig einsetzbarer Zellkulturmodelle der CCM-Erkrankung. Mithilfe CRISPR/Cas9-vermittelter Genomeditierungen in fluoreszenzmarkierten humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) konnten komplexe Kokulturmodelle sowie dreidimensionale vaskuläre Organoidkulturen etabliert werden. Anhand von aus CCM3-defizienten hiPSCs differenzierten humanen Endothelzellen (ECs) und vaskulären Mosaikorganoiden ließ sich ein klonaler Überlebensvorteil von CCM3-/--Zellen in Kokultur mit Wildtyp-Zellen nachweisen, welcher kürzlich auch in CCM-Mausmodellen als Schlüsselelement der CCM-Pathogenese beschrieben wurde. In den neuen Zellkulturmodellen ließ sich auch der positive Effekt des in der Greifswalder Arbeitsgruppe identifizierten Kandidatenwirkstoffs NSC59984 auf die tumorähnliche Proliferation von CCM3-/--Zellen in Kokultur validieren. Durch systematische RNA-Sequenzierungen konnte zudem nachgewiesen werden, dass CCM1 für die Differenzierung von ECs aus hiPSCs nicht erforderlich ist, jedoch die physiologische Funktion von ECs aufrechterhält.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeiten belegen nicht nur die Praktikabilität und Sicherheit der Identifizierung komplexer genomischer Strukturvarianten mittels CRISPR/Cas9-vermittelter Nanopore-Sequenzierungen, sondern sie ebnen zudem den Weg zur effektiven Testung neuer CCM-Therapieansätze im Hochdurchsatzverfahren und erlauben einen neuen Einblick in die noch immer unvollständig verstandene CCM-Pathogenese.
Einfluss der Layerhöhe im FFF-Druck auf die Kraftapplikation durch Aligner - in vitro Untersuchung
(2023)
Zusammenfassung der Dissertation
Vor dem Hintergrund der In-Office-Alignerherstellung beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit der Fragestellung, inwiefern die Layerhöhe im FFF-Druck Einfluss auf die Oberflächengüte der Modelle sowie auf die Kraftabgabe der darauf tiefgezogenen Aligner hat.
Intention des ersten Teils war es, herauszufinden, ob es im Wechselspiel zwischen Druckgeschwindigkeit und Oberflächenqualität eine optimale Layerhöhe im FFF-Druck gibt. Des Weiteren wurde der Einfluss des Druckmaterials (Lignin basiertes Biopolymer und Polylactid basiertes Biopolymer) auf die Oberflächengüte untersucht. Im zweiten Teil sollte eruiert werden, welchen Effekt die Layerhöhe auf die Kraftabgabe des Aligners hat. Neben dem Parameter Layerhöhe wurden die Faktoren geplanter Setupschritt, Alignerdicke sowie Zahnbewegungsart, und ihre Auswirkungen auf die resultierenden Kräfte der Aligner untersucht.
Für den ersten Teil wurden, basierend auf einem randomisiert ausgewählten Oberkieferteilmodell, 18 Modelle mittels FFF jeweils in neun verschiedenen Layerhöhen (50,0 µm, 80,9 µm, 100,0 µm, 150,0 µm, 160,8 µm, 200 µm, 250 µm, 300 µm, 332,6 µm) aus jeweils zwei verschiedenen Materialien (das Polylactid PLA NX2 und das Lignin basierte Biopolymer Green-TEC PRO) gedruckt. Als Kontrollgruppe fungierten 2 DLP hergestellte Oberkieferteilmodelle mit einer Layerhöhe von 20 µm. All diese physischen Modelle wurden nachfolgend digital gescannt und mit 3D-Überlagerungsmesstechnik via GOM Inspect Software bezüglich ihrer Oberflächengüte verglichen. Um den Einfluss der Layerhöhe FFF gedruckter Modelle auf die Kraftübertragung von Alignern zu untersuchen, wurden im zweiten Part an einem randomisiert gewählten, digitalen Oberkiefermodell mittels OnyxCeph3™Lab Software folgende Bewegungen für den zweiten linken Oberkieferprämolaren virtuell in je 0,1mm-Setup-Schritten geplant: Bukkaltorque (0,1 mm - 0,5 mm), Distalisation (0,1 mm - 0,4 mm), Extrusion (0,1 mm - 0,4 mm) und Rotation (0,1 mm - 0,5 mm). Nachfolgend wurden mittels FFF 91 physische Oberkiefermodelle gedruckt, eines für jeden Setup-Schritt und jede Layerhöhe (100 µm; 150 µm, 200 µm, 250 µm, 300 µm). Mithilfe der 3D-gedruckten Modelle wurden im Tiefziehverfahren 192 Aligner gefertigt in jeweils zwei Schichtstärken (0,5 mm, 0,75mm). Die Messapparatur bestand im Wesentlichen aus einem Oberkieferacrylmodell mit separiertem zweiten Oberkieferprämolaren, welcher mit einem Sensor verbunden war. Dieser erfasste die vom aktiven Aligner übertragenen initialen Kräfte und Drehmomente. Zur Evaluation des Einflusses der untersuchten Parameter Layerhöhe, Alignerdicke, Setupschritt und Bewegungsart, diente ein verallgemeinertes lineares Modell mit der Gammafunktion.
Das im ersten Teil angewandte Messverfahren, die 3D-Überlagerungtechnik, wies laut Intraklassen -Korrelationskoeffizient (ICC) und Methodenfehler nach Dahlberg eine exzellente Reliabilität auf. Bei Lignin basierten FFF Modellen nahm die Oberflächengüte im Bereich von 100 µm bis 332,6 µm mit steigender Layerhöhe ab. Unterhalb von 100 µm zeigte sich jedoch kein weiterer Gewinn an Genauigkeit, sondern im Gegenteil, ein weiterer Verlust an Modellgenauigkeit mit abnehmender Layerhöhe. Im Vergleich wiesen die Lignin-basierten Biopolymer-Modelle durchweg eine bessere Oberflächengüte als die Polylactid basierten Modelle auf, und konnten bei einer optimalen Layerhöhe von 100 µm sogar mit der Präzision der DLP geduckten Modelle der Kontrollgruppe mithalten. In dem zweiten Teil der Untersuchung zeigten die Parameter Alignerdicke und Setupschritt einen signifikanten Einfluss auf durch Aligner abgegebene initiale Kräfte bzw. Drehmomente. Die Parameter Zahnbewegungsart und Layerhöhe waren nicht signifikant. Allerdings wurde bei einer Layerhöhe von 150 µm ein optimales Kraftniveau mit geringster Streuung bei den untersuchten Alignern verzeichnet.
Die Ergebnisse des ersten Teils der Untersuchung zeigten, dass die Oberflächengüte im FFF-Druck regulierbar durch die Layerhöhe ist, darüber hinaus jedoch weitere Faktoren, wie beispielweise das Druckmaterial, eine Rolle spielen. Weiterhin stellt die FFF-Technologie eine genaue, kosteneffektive und nachhaltige Technologie zur Herstellung von Aligner-Modellen in der kieferorthopädischen Praxis dar. Beide Untersuchungen zeigen, dass es keinen erkennbaren Vorteil gibt, FFF-Dentalmodelle in besonders niedrigen Layerhöhen zu drucken, da daraus exponentiell höhere Druckzeiten entstehen, ohne vergleichbar bessere Kraftabgabe der kieferorthopädischen Aligner. Bei zu hohen Layerhöhen, jedoch, wird die Streuung der von den Alignern emittierten Kräften größer, demzufolge die Kraftabgabe unvorhersehbarer. Ein Kompromiss, welcher klinische Vorteile der adäquaten Kraftübertragung durch Aligner und wirtschaftliche Vorteile durch effiziente Druckzeiten vereint, stellt eine Optimum-Layerhöhe von 150 µm für FFF-Modelle für die In-Office-Alignerherstellung dar.
Dynamische MR- Mammografie – Prävalenz und Follow- Up von Brustläsionen in der Normalbevölkerung
(2023)
Brustkrebs ist die häufigste Tumorerkrankung bei Frauen in Deutschland. Hohe Inzidenzraten und die Erkrankung junger Frauen führen zu wichtigen medizinischen und sozioökonomischen Auswirkungen dieser Krankheit. Ergebnisse prospektiver randomisierter Studien zeigen, dass eine frühzeitige Diagnose zu einer reduzierten Sterblichkeit durch Brustkrebs führt. Daher wurde auch in Deutschland ein Mammografie- Screening- Programm (MSP) eingeführt, das Frauen im Alter von 50 bis 69 Jahren zur Teilnahme an einer Mammografie alle zwei Jahre berechtigt. Zahlreiche Studien belegen eine reduzierte Sensitivität der Mammografie bei Frauen mit dichtem Brustgewebe, wodurch Intervallkarzinome mit einer Häufigkeit von 30- 50 % im MSP auftreten. Die begrenzte Sensitivität der Mammographie und die damit verbundene relativ hohe Intervallkarzinomrate haben das Interesse an alternativen Screening- Methoden wie die Tomosynthese und Sonografie geweckt. Die MR- Mammografie (MRM) wurde bisher zum Screening von Frauen mit hohem Brustkrebsrisiko eingesetzt. In diesem Setting weist sie im Vergleich zur Mammographie und Sonografie eine durchweg überlegene Sensitivität auf. Inzwischen gibt es erste Hinweise darauf, dass sich ein MRM- Screening bei Frauen mit familiärem Brustkrebs auch in einem Überlebensvorteil niederschlägt. Zu Beginn dieser Untersuchungen existierte keine Studie, die den Nutzen der MRM zum Screening bei Frauen mit durchschnittlichem Brustkrebsrisiko untersucht hat.
Ziel der vorliegenden Studie war es daher, den Einsatz der MRM für die Detektion des Mammakarzinoms innerhalb einer Normalbevölkerung zu evaluieren. Die Study of Health in Pomerania (SHIP)-Studie ist eine populationsbasierte Bevölkerungsstudie und repräsentativ für eine deutsche Normalbevölkerung. Im Rahmen der SHIP-Studie durchgeführte, kontrastmittelgestützte, dynamische MRM wurden unter Verwendung des MR-BI-RADS Atlas des American College of Radiology standardisiert ausgewertet. Ziel war es, zu klären mit welcher Prävalenz unterschiedliche Brustläsionen in der MRM in der Normalbevölkerung auftreten, wie hoch die Raten an abklärungsbedürftigen Befunden (Recall- Rate), die Biopsierate und die Karzinomrate sind und wie sich diese Parameter im Vergleich zu aktuellen Daten aus dem MRM- Hochrisikoscreening und dem deutschen MSP verhalten.
In der vorliegenden populationsbasierten Beobachtungsstudie haben sich im Zeitraum von Juni 2008 bis Oktober 2012 774 Frauen einer kontrastmittelgestützten MRM unterzogen. Das mittlere Alter betrug 51 ± 12,9 Jahre (Umfang 20 - 83 Jahre). 320 (41,3 %) Frauen waren prämenopausal und 454 (58,7 %) postmenopausal.
Die standardisierte Auswertung der Bilddaten anhand des modifizierten MR-BI-RADS Lexikons führte zu einer exzellenten Inter- Reader- Übereinstimmung für die abschließende BI-RADS- Klassifikation (gewichteter kappa 0,828 bzw. 0,857).
113/ 774 Frauen (Detektionsrate 14,6 %) hatten einen mitteilungsbedürftigen Befund der Kategorie BI-RADS IV (N=106, 13,7 %) oder BI-RADS V (N=7, 0,9 %). Von den insgesamt 128 suspekten Läsionen waren 84 (65,6 %) Herdbefunde, 29 NML (22,7 %) und 15 Foci (11,8 %). Die Mehrzahl der kontrastmittelanreichernden Läsionen (825/ 953, 86,6 %) wurde dagegen als gutartig (BI-RADS II) beschrieben. Da eine Direktzuweisung von Probandinnen mit abklärungsbedürftigen Befunden an die Kliniken und Institute der Universitätsmedizin Greifswald zur weiteren Abklärung seitens der Ethikkommission untersagt wurde, erfolgte diese über die Haus- und Fachärzte. Die Ergebnisse der Abklärungsdiagnostik wurden mittels Fragebogen bei den Haus- und Fachärzten und bei den Probandinnen selbst angefragt. Die gesamte Nachverfolgungsrate betrug 111/113 (98,2 %) Frauen bzw. 124/128 (96,9 %) Läsionen. Bei 21/111 (18,9 %) Frauen bzw. 23/124 (18,5 %) Läsionen erfolgte eine histologische Sicherung (Biopsierate 21/ 774, 2,7 %). Ein Malignom wurde bei 7/774 Frauen (Karzinomrate 0,9 %) histologisch gesichert: sechs invasive Mammakarzinome (zweimal Stadium T1b, dreimal Stadium T1c, einmal Stadium T2) und ein duktales Carcinoma in situ (DCIS). Bei einer Probandin (0,13 %) wurde eine NML fälschlicherweise als benigne eingestuft (falsch negativ).
Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse dieser prospektiven Beobachtungsstudie, dass eine standardisierte Auswertung von MR- Mammografien mittels MR-BI-RADS Lexikon untersucherunabhängig auch in einer Normalbevölkerung gut durchführbar ist. Dabei muss eine hohe Prävalenz verschiedener Brustläsionen, vor allem benigner Läsionen, antizipiert werden. Erwartungsgemäß zeigen unsere Ergebnisse eine höhere Abklärungsrate, Biopsierate und Karzinomrate im Vergleich zum deutschen MSP, was die Annahme einer höheren Sensitivität der kontrastmittelgestützten MRM nicht nur bei Frauen mit erhöhtem Brustkrebsrisiko, sondern auch bei Frauen in einer Normalpopulation mit durchschnittlichem Brustkrebsrisiko bestätigt. Analog zu den Ergebnissen aus dem MRM- Risikoscreening wurden in unserer Studie kleine invasive Tumoren und Vorstufen detektiert. Weitere Studien sind erforderlich, um den Nutzen der MRM zum Screening von Frauen mit durchschnittlichem Brustkrebsrisiko zu evaluieren. Die Mehrzahl der neu diagnostizierten Karzinome in dieser Studie wurden bei Frauen im Alter von 40 bis 49 bzw. 70 Jahren gefunden, welche nach den aktuellen gesetzlichen Regelungen des deutschen MSP nicht anspruchsberechtigt zur Teilnahme an einer Früherkennungs- Mammografie sind. Diese Beobachtung unterstützt die Forderungen nach einer Ausweitung der Altersgrenzen im deutschen MSP für Frauen ab 45 Jahre und Frauen bis 74 Jahre, so wie es von den Europäischen Richtlinien für das Mammografie- Screening bereits empfohlen wird.
Aerocom® (Schwäbisch Gmünd, Deutschland) hat einen neuen Prototyp für Rohrpostsysteme entwickelt, der eine Transportkapazität von bis zu 9 Blutröhrchen hat. Diese werden beim Schließen des Deckels automatisch fixiert. In dieser Studie wurde der Einfluss des Transports auf die Qualität der Blutproben unter Verwendung des Prototyps im Vergleich zum Kuriertransport und der konventionellen Rohrpostkartusche (AD160, Aerocom®) untersucht.
Sets aus je drei Blutprobenröhrchen (1 Lithium-Heparin, 1 EDTA, 1 Natrium-Zitrat) von insgesamt 35 Probanden wurden zufällig auf die drei Transportmethoden Kurier, konventionelle Rohrpostkartusche und den Kartuschenprototypen verteilt. Nach dem Transport wurden 51 Messgrößen aus der klinischen Chemie, Hämatologie und Gerinnung ermittelt und miteinander verglichen.
Insgesamt zeigten 49 der 51 untersuchten Messgrößen eine gute Übereinstimmung zwischen den drei Transporttypen, insbesondere zwischen der konventionellen Kartusche und dem Kartuschenenprototyp. Im Blick auf die bekannten hämolysesensitiven Messgrößen zeigte Kalium keine statistisch signifikanten Diskrepanzen. Bei der Laktatdehydrogenase (LDH) und dem freien Hämoglobin (fHb) ergaben sich jedoch statistisch signifikante Unterschiede jeweils zwischen den Werten für Kurier und den beiden Rohrpostkartuschen, wobei diese Unterschiede aus klinischer Sicht zu vernachlässigen sind. So lag die mittlere Konzentration von fHb bei 0,29 g/L (18 µMol/L), 0,31 g/L (19 µMol/L) bzw. 0,32 g/L (20 µMol/L) für den Kuriertransport, die konventionelle Kartusche und den Kartuschenprototyp. Diese Unterschiede lassen sich analytisch nicht auflösen, da die minimale Differenz (MD) für fHb bei dieser Konzentration 0,052 g/L (3,23 µMol/L) beträgt.
Abschließend stellen wir fest, dass der Prototyp von Aerocom® für den Transport von diagnostischen Blutproben geeignet ist. Der gesamte Arbeitsablauf wird mithilfe dieses Prototyps maßgeblich verbessert, indem die Arbeitszeit auf der Station und im Labor verringert und gleichzeitig das Risiko für Hämolyse durch unzureichend oder falsch verpackte Proben minimiert wird.
Diese Arbeit war Teil eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten interdisziplinären Forschungsnetzwerks (#1HealthPREVENT) und stellte eine einmalige peri-operative antibiotische (Penicillin/Gentamicin (P/G)) Prophylaxe (PAP) im Zuge eines operativen Eingriffs nach diagnostizierter Kolik beim Pferd der bislang üblichen fünf-Tage-Antibiose gegenüber, mit dem Ziel den Einfluss der PAP auf die Häufigkeit von (engl.) Extended Spectrum β-Lactamase produzierenden Escherichia coli (ESBL-EC) und die Veränderungen im enteralen Mikrobiom der Pferde zu untersuchen und zur Verbesserung des sorgfältigen Einsatzes von Antibiotika in der Veterinärmedizin beizutragen. Die per Los jeweils einer der zwei Gruppen („single shot“ Gruppe (SSG); „5 days“ Gruppe (5DG)) zugeordneten Pferde wurden dafür jeweils an drei verschiedenen Zeitpunkten (Klinikaufnahme (t0), Tag 3 (t1) und Tag 10 (t2) postoperativ) beprobt (Kotproben und Nüsternabstriche). Zusätzlich zur Gruppe der hospitalisierten Pferde wurde auch eine nicht-hospitalisierte Kontrollgruppe ohne klinische Auffälligkeiten einbezogen. Alle Proben wurden hinsichtlich positiver ESBL-EC untersucht und die identifizierten Isolate phänotypisch (durchgeführt vom Institut für Mikrobiologie und Tierseuchen, Freie Universität Berlin) und genotypisch charakterisiert. Unabhängig vom P/G PAP-Schema stieg für die Pferde die Wahrscheinlichkeit von t0 zu t1 sowie von t0 zu t2 an, positiv für ESBL-EC zu sein. Die Ganzgenom-Sequenzierung der Isolate ergab außerdem eine enge räumliche und zeitliche Beziehung zwischen Isolaten mit gemeinsamen Sequenztypen, was auf eine lokale Ausbreitung hindeutete. Die 16S rRNA-Gen Sequenzierung der Kotproben (durchgeführt vom Institut für Klinische Molekularbiologie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel) zur Untersuchung der Veränderungen im enteralen Mikrobiom zeigte nach der bioinformatischen Aufbereitung (durchgeführt von Silver Anthony Wolf, Robert Koch-Institut) und Fach-übergreifenden Analyse eine Beeinträchtigung in der Zusammensetzung der fäkalen Mikrobiota (Alpha-Diversität) für Pferde mit akuter Kolik im Vergleich zur Kontrollgruppe, welche jedoch nicht signifikant war. Die mikrobielle Gesamtkomposition der untersuchten Proben (Beta-Diversität) wies vor allem für die 5DG an t1 erhebliche Einschränkungen auf, was höchstwahrscheinlich auf die fortlaufende Verabreichung von Antibiotika zurückzuführen war. In beiden Studiengruppen wurde zudem an t1 eine erhöhte Abundanz von Enterobacteriaceae, insbesondere Escherichia, festgestellt. Insgesamt wiesen die Ergebnisse dieser Arbeit einen starken Einfluss des Krankenhausaufenthaltes an sich auf, vor allem auf die ESBL-EC-Isolationsraten, wodurch möglicherweise Unterschiede zwischen den verschiedenen PAP-Behandlungen überdeckt wurden. Trotzdem stellen die in dieser Studie gesammelten Ergebnisse und gewonnenen Erkenntnisse einen ersten wichtigen Schritt in der Etablierung von Antibiotic Stewardship-Programmen in Pferdekliniken dar und könnten somit einen langfristigen Einfluss auf die lokale Verbreitung von ESBL-EC haben.
Hintergrund
Zu Beginn des Covid-19-Pandemiegeschehens wurde die ambulante Patientenversorgung deutschlandweit vor große Herausforderungen gestellt. Insbesondere die mangelnde Verfügbarkeit von Schutzausrüstung und eine vermutete Überforderung des ambulanten und stationären Sektors machten die Entwicklung alternativer Versorgungsmodelle notwendig.
Auf Aufforderung der Landesregierung wurde von der Universitätsmedizin Greifswald eine sogenannte Fieberambulanz für Patienten mit möglichen Symptomen einer Covid-19-Infektion eingerichtet, die nicht telefonisch abgeklärt werden konnten.
Methoden
Es handelt sich um eine Mixed-Methods-Studie.
Im quantitativen Teil der Studie erfolgten die Auswertung des Konsultationsanlasses, der Symptome sowie Beratungsergebnisse mit einem selbst entwickelten Fragebogen. Einnahmen und Ausgaben der Fieberambulanz wurden erfasst.
Retrospektiv wurden leitfadengestützte Experteninterviews mit den hauptverantwortlichen Mitarbeitern der Fieberambulanz Greifswald, sowie niedergelassenen Ärzten und Vertretern aus den Bereichen Hygiene, sowie der Kassenärztlichen Vereinigung MV und dem Landkreis Vorpommern-Greifswald geführt.
Ergebnisse
Es gelang innerhalb von zehn Tagen, die Fieberambulanz in den Räumlichkeiten einer Berufsschule aufzubauen. Besondere Herausforderungen, die in den Interviews beschrieben wurden, waren die Organisation von Logistik und Personal, Klärung der Verantwortlichkeiten, Kostenträgerschaft und Abrechnung. Es wurden Grenzen und Schwächen der Fieberambulanz aufgezeigt, sowie alternative Versorgungsmodelle in den Interviews diskutiert.
Im Zeitraum vom 08.04.-11.05.2020 wurden insgesamt 107 Konsultationen durchgeführt (53 % weiblich, Ø42 Jahre), bei deutlich mehr telefonischen Anfragen. Die häufigsten Diagnosen waren akute Bronchitis (43%), obere Atemwegsinfekte (28%) und Fieber (8,4%).
In 42 Fällen wurde ein Nasen-Rachen-Abstrich durchgeführt. Schwerere Erkrankungen wie eitrige Tonsillitiden oder Asthma Exazerbationen wurden in <10% der Fälle diagnostiziert. Covid-19-Neuinfektionen wurden nicht nachgewiesen. Eine kosteneffiziente Auslastung konnte nicht erreicht werden.
Schlussfolgerung
Die Fieberambulanz wurde zu Pandemiebeginn als Anlaufstelle für Unsicherheiten im Umgang mit dem Infektionsgeschehen genutzt, als viele Versorgungssituationen noch ungeregelt waren. Sie erwies sich aber rückblickend bei niedriger Inzidenz als unwirtschaftlich und nicht notwendig. Der Großteil der Patienten konnte weiterhin hausärztlich betreut werden.
Die Sepsis ist nach wie vor eine Erkrankung mit hoher Sterblichkeit. Der Schlüssel zur erfolgreichen Sepsistherapie ist eine schnelle Diagnostik. Die Blutkulturabnahme ist ein etabliertes Goldstandardverfahren in der Sepsisdiagnostik, jedoch sind die Positivitätsraten gering und die Diagnostik ist zeitaufwändig. Es gibt vereinzelt Studien, die darauf hindeuten, dass eine Prädiktion von Blutkulturergebnissen bei Notaufnahmepatienten möglich ist. Ziel dieser Dissertation ist es, zu untersuchen, ob Blutkulturergebnisse auch bei Intensivpatienten durch das PCT prädizierbar sind. Im Rahmen der prospektiven klinischen Beobachtungsstudie (BEMIDIA) wurden im Zeitraum von November 2016 bis Dezember 2017 zeitgleich Blutkulturen und EDTA- Röhrchen zur PCT-Bestimmung bei 488 Intensivpatienten mit dem Verdacht auf eine Infektion abgenommen und ausgewertet. Zwar zeigen sich zwischen positiven und negativen Blutkulturen signifikant unterschiedliche PCT-Werte (p = 0,004), jedoch ist eine Prädiktion von Blutkulturergebnissen durch das Procalcitonin bei einer AUC von 0,588 (p < 0,007) mit Cut-off von 2,72 μg/l mit einer Sensitivität von 41,00 % und einer Spezifität von 74,5 % nicht möglich. Die PCT-Werte von gramnegativen Bakterien und grampositiven Bakterien unterschieden sich ebenfalls signifikant (p < 0,000). Mit einer AUC von 0,768 (p < 0,001) mit einem optimalen Cut-off bei 2,04 μg/l mit einer Sensitivität von 75,9 % und einer Spezifität von 71,0 % scheint eine Prädiktion von Blutkulturergebnissen bei gramnegativen Bakterien hingegen möglich zu sein. Auch für die Fokusse ‚Abdomen‘ und ‚Urosepsis‘ scheint eine Prädiktion durch PCT möglich zu sein. Für die Sepsis mit dem Fokus ‚Abdomen‘ ergab sich eine AUC von 0,744 mit einem optimalen Cut-off von 0,71 μg/l mit einer Sensitivität von 77,7 % und einer Spezifität von 61,6 %. Für die Urosepsis ergab sich eine AUC von 0,732 mit einem optimalen Cut-off von 1,38 μg/l mit einer Sensitivität von 76,2 % und einer Spezifität von 63,0 %. Die Procalcitonin-Werte von Patienten mit schwerer Sepsis und im septischen Schock unterschieden sich signifikant (p > 0,000) von den Werten der Patienten ohne Erfüllung der Sepsiskriterien. Eine Sepsis, eine schwere Sepsis oder ein septischer Schock sind durch das PCT mit einer AUC von 0,800 (p < 0,000) und mit einem optimalen Cut-off von 0,38 μg/l mit einer Sensitivität von 82,3 % und einer Spezifität von 66,3 % prädizierbar. Die niedrigsten PCT-Werte wurden durch Kontaminationserreger wie Propionibakterien und Koagulase-negative Staphylokokken erreicht. Diese Werte lagen unterhalb des Medians negativer Blutkulturen. Jedoch ließ sich in unserer Studie keine Prädiktion durch das PCT feststellen, um eine mögliche Kontamination von richtig positiven Blutkulturen zu unterscheiden. Für Kontaminationserreger ergab sich eine AUC von 0,629 (p = 0,285) mit einem optimalen Cut-off von 0,17 μg/l mit einer Sensitivität von 72,7 % und einer Spezifität von 66,7 %.
Im Vergleich zu Notaufnahmepatienten zeigen unsere Ergebnisse, dass bei Intensivpatienten eine Prädiktion von Blutkulturen durch das PCT, bis auf einzelne Subgruppen wie ‚Fokus‘ und ‚Bakterienart‘, nicht möglich ist. Eine Prädiktion einer Sepsis hingegen scheint möglich zu sein. Insbesondere die Prädizierbarkeit einer Kontamination scheint von großem Interesse zu sein. Um eine endgültige Aussage zu treffen, sind jedoch größere, multizentrische, kontrollierte, randomisierte klinische Studien notwendig.
The exchange of water and dissolved elements between the continents and the oceans occurs via different routes in the hydrological cycle, such as rivers, atmospheric exchange, and submarine groundwater discharge (SGD). In addition, the elemental fluxes in the coastal waters may strongly depend on benthic water-solid-microbe interactions close to the sediment-water interface. It is becoming increasingly recognized that SGD can impact diagenesis and act as a source of water and dissolved substances for coastal ecosystems. The qualitative and quantitative assessment of SGD is still challenging as it requires the identification of suitable geochemical tracers for the complex hydrological and biogeochemical processes in the subterranean estuary. In this study, geochemical analyses were combined with geophysical, hydrological, and biological investigations to gain insights into the mechanisms driving SGD in coastal waters. In addition, onshore ground and surface waters were evaluated to identify the processes controlling the potential end member. The surveys were performed along the Baltic Sea coast: Warnow River and Wismar Bay in Germany, the Gulf of Gdańsk and Puck Bay in Poland, and Hanko Bay in Finland. The results suggest that the analyzed surface water system was strongly impacted by seasonal variations, while SGD displayed a much more stable composition throughout the year. New areas of SGD were also identified along the Baltic Sea. It was also observed that anthropogenic coastal infrastructures could promote SGD affecting the water balance and the benthic fluxes. At other sites, the SGD was associated with natural structures such as pockmarks. The stable isotopic composition of the fresh component of SGD was close to the meteoric water at most sites; however, old groundwaters from distinct aquifers were identified. Combining all sites, SGD showed high variability, ranging from near 0 to up to 300 L m-2 d-1, and the saline SGD was more dominant than the fresh component. The fluxes obtained at one site were even higher than the surface runoff. SGD was higher on sandy sediments, but the elemental fluxes were relatively low. Despite low SGD at muddy sites, interfacial elemental fluxes, enhanced by intense diagenesis in the top sediments, resulted in higher chemical fluxes to the water column. The sediment porewater gradients at the SGD impacted sites suggest that the advective upward flow of groundwater increased the elemental fluxes across the sediment-water interface. Therefore, the dissolved substances of SGD are partly impacted by the processes in the soil zone and aquifer during groundwater development, and partly impacted by the early diagenetic process in the surface sediments. Overall, this study shows the importance of SGD for the biogeochemical cycles of coastal waters. Moreover, 6 it can be concluded that a combination of interdisciplinary approaches can provide a better understanding and assessment of SGD in a specific environment. Although all the studies presented here are local, the methodology and results presented in this thesis can be replicated and thus provide assistance in other coastal areas.