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21 Patienten mit einer onkologischen Grunderkrankung und einer Major Depression wurden über einen Zeitraum von acht Wochen mit dem Selektiven Serotonin Reuptake Inhibitor Citalopram in einer Dosis zwischen 20 und 60 mg pro Tag behandelt. Eine Kontrollgruppe wurde anhand von Matching Kriterien ausgewählt. Als Erhebungsinstrumente wurde bezüglich der Ausprägung der depressiven Symptomatik der MADRS, für die Angstempfindung das BAI, für die Selbsteinschätzung der Lebensqualität der EORTC-QLQ-C30 sowie für die Erfassung körperlicher Beschwerden und Nebenwirkungen der FKB verwendet. Innerhalb des Beobachtungszeitraumes konnte ein signifikanter Rückgang depressiver Symptome sowie der Angstempfindung verzeichnet werden. Bezüglich der Lebensqualität ist eine positive Beeinflussung vorrangig auf das allgemeine Gesundheitsempfinden und das emotionale Befinden zu verzeichnen. Im Vergleich der Patientenkollektive konnte keine Zunahme von körperlichen Beschwerdesymptomen nach pharmakologischer Intervention mit Citalopram beobachtet werden. Das Ergebnis der Studie bestätigt die positive Therapieresponse und die gute Verträglichkeit sowie damit die Notwendigkeit einer psychiatrischen Intervention in diesem Fall durch eine pharmakologische, antidepressive Medikation im Kollektiv depressiver Patienten mit malignen Grunderkrankungen.
Die Fähigkeit Temperaturstress zu wiederstehen gilt als äßerst wichtig für die Fitness eines Individuums oder das Überleben von Arten. Lebewesen müssen daher effektive Mechanismen entwickeln, um unter belastenden Temperaturbedingungen überleben zu können. Reaktionen auf sich ändernde Umweltbedingungen könnnen schnell durch phänotypische Plastizität oder langsame durch genetische Adaptation erfolgen. Neben Temperaturstress haben möglicherweise auch andere Umweltfaktoren einen Effekt auf die Temperaturstressresistenz. Wir erforschten zunächst phänotypische Anpassungen der Temperaturstressresistenz, ausgelöst durch unterschiedliche Manipulationen der Umwelt, bei dem Augenfalter Bicyclus anynana. Temperaturinduzierte Plastizität bewirkte eine schnelle und deutliche Änderung in der Temperaturstressresistenz, dieser Effekt ist reversibel. Kurzzeitige Abhärtung ergab komplexere Muster, so war die Kältestressresistenz beispielsweise am höchsten bei intermediären Temperaturen. Die Temperaturstressresistenz konnte auch durch Futtererhältlichkeit, Alter und Lichtzyklus beeinflußt werden. Des weiteren wurde der Einfluß der Photoperiode auf die Temperaturstressresistenz an der Fliege Protophormia terranovae erforscht. Variationen der Temperaturstressresistenz konnten durch Änderungen in der Photoperiode hervorgerufen werden, so bewirkten kürzere Tageslängen kälteresistentere und längere Tage hitzeresistentere Phänotypen. Wir schlagen vor, dass es sich hierbei um adaptive saisonale Plastizität handelt. Neben Temperaturstress hat möglicherweise auch Inzucht einen negativen Einfluss auf die Fähigkeit, mit sich ändernden Umweltbedingungen zurechtzukommen. Das könnte das Aussterberisiko kleiner Populationen erhöhen, insbesondere wenn Häufigkeit und Intensität extremer Wetterereignisse in Zukunft zunehmen sollen. Wir untersuchten den Einfluss von Inzucht auf den Schlupferfolg, die Entwicklung und die Temperaturstresstoleranz bei dem tropischen Augenfalter Bicyclus anynana indem wir drei verschiedene Inzuchtniveaus bildeten( Ausgekreuzt, nach 1 und nach 2 Geschwisterverpaarungen). Bereits diese vergleichsweise niedrigen Inzuchtniveaus hatten einen negativen Einfluss auf die Reproduktion und Entwicklung bei günstigen Umweltbedingungen. Inzucht reduzierte auch die Kältetoleranz bei adulten Schmetterlingen, während es keinen Einluss auf die Hitzetoleranz gab. Wir schließen daraus das Stresstoleranz nicht zwangsläufig durch Inzucht negativ beeinflusst wird. Verringerte genetische Diversität als Konsequenz von Inzucht oder Drift verringert möglicherweise auch das evolutionäre Potential einer Population. Wir erforschten die Auswirkungen von Inzucht auf das evolutionäre Potential (die Fähigkeit, Kältetoleranz zu erhöhen) mit Hilfe künstlicher Selektion beginnend von drei Inzuchtniveaus (ausgekreuzt, eine und zwei Geschwisterverpaarungen.) Obwohl ein negativer Einfluss genetischer Erosion (z.B. durch Inzucht) auf das evolutionäre Potential theoretisch vorhergesagt wird, sind empirische Nachweise bisher kaum vorhanden. Unsere Studie zeigt eine deutliche Raktion auf die Selektion, deren Effekt in den ingezüchteten Populationen kleiner war als in den ausgekreuzten Populationen. Korrelierte Reaktionen auf die Selektion untersucht in 10 verschiedenen Merkmalen der Lebensgeschichte konnten nicht gefunden werden. Eine Inzuchtdepression ließ sich in einigen untersuchten Merkmalen nach wie vor nachweisen. Merkmale, die bedeutender für die Fitness sind, zeigten dagegen eine deutliche Erholung von der Inzuchtdepression. Wir konnten mit diese Studie experimentell zeigen, das erhöhte Inzuchtniveaus das evolutionäre Potential reduzieren und damit auch die Fähigkeit, sich an ändernde Umweltbedingungen anzupassen. Zuletzt untersuchten wir, ob die durch Selektion erhöhte Kältetoleranz für alle Entwicklungsstadien gilt. Es gab eine positive signifikante Reaktion auf die Selektion bei Imagines, die ein Tag alt waren (das Alter, in dem die Selektion stattgefunden hatte). Ältere Individuen zeigten eine ähnliche, jedoch schwächere Reaktion. Die erhöhte Kälteresistenz ließ sich jedoch nicht bei Eiern, Raupen oder Puppen nachweisen und war sogar geringer in den Selektionslinien im Vergleich zu den Kontrollinien bei Eiern und jungen Raupen. Diese Ergebnisse deuten auf Kosten erhöhter Kältetoleranz im adulten Stadium hin, so dass vermutlich weniger Ressourcen für den Nachwuchs in frühen Stadien der Ontogenie bleiben. Diese Dissertation verdeutlicht, wie wichtig es ist, sowohl genetische als auch Umwelteffekt zusammen zu betrachten, da beide interaktiv die Fähigkeit eines Organismus herausfordern sich an ändernde Bedingungen anzupassen. In Zeiten von durch den Menschen verursachten Verlust und/oder der Verkleinerung von Habitaten, die die Populationsgrößen verkleinern und damit auch die genetische Diversität, sowie erhöhtem Temperaturstress aufgrund des Klimawandels, wird das langfristige Überleben von Arten von dieser Fähigkeit abhängen.
Pyrrolobenzodiazepines (PBDs) are a group of antitumor antibiotics that exert their biological activity by alkylation of guanine bases within the minor groove of double-stranded DNA through nucleophilic attack of the guanine amino group on the PBD imine functionality. In trying to increase both the binding strength and sequence selectivity for further enhancing their biological activity, PBDs were linked to additional DNA binding moieties. Preliminary DNA melting experiments partly also performed in our lab with a series of closely related PBD-naphthalimide and benzimidazole conjugates revealed extraordinary DNA-binding capability of hybrids PBD-NIM and PBD-BIMZ. These studies also indicated the favorable contribution of the piperazine structure on drug binding to the DNA duplex. Previously, in vitro cytotoxicity studies also showed promising antitumor activity of both compounds with PBD-BIMZ having the largest cytotoxic potential among various examined conjugates. In the present work, the kinetics, thermodynamics and structural details of the drug-DNA interactions have been determined employing a variety of spectroscopic, calorimetric and computational methods. Thus, a high thermal duplex stabilization upon DNA binding could be ascertained for both drugs and attributed to their covalent attachment to the DNA guanine bases. The 1:1 binding stoichiometry as well as the exclusive minor groove binding for the benzimidazole and the mixed minor grove - intercalative type of binding for the naphthalimide hybrid could be verified by several spectroscopic methods including NMR spectroscopy. Furthermore, by using a combination of solution NMR and some of the most recent molecular modeling techniques, the first high-resolution structures of DNA-drug complexes with PBD hybrid drugs could be obtained giving detailed insight into the specific drug-DNA interactions. Thus, details on van der Waals and hydrogen bond contacts within the complex and the tight fit of the benzimidazole hybrid into the DNA minor groove could be revealed. By using recent data analysis techniques like clustering algorithms, the high flexibility of the piperazine moiety within the PBD-BIMZ-DNA complex could be nicely captured and visualized. Additionally, a thermodynamic analysis for the non-covalent drug binding by UV and fluorescence spectroscopy as well as by direct calorimetric methods revealed a 1:1 binding mode driven by enthalpy changes and counteracted by unfavorable entropic contributions to result in moderately strong association constants. Analysis of the solvent-accessible surface area confirmed the importance of hydrophobic effects on drug binding and the combination of these data with ITC measurements allowed for an extensive thermodynamic characterization of the drug binding process. With respect to the influence of the individual drug moieties on DNA binding, the importance of the piperazine ring for drug-DNA interactions and the basis for its capability to enhance drug binding were addressed. Furthermore, it could be shown that the naphthalimide and benzimidazole moieties also impart additional sequence selectivity to the alkylating PBD structural unit and these distinct differences in the sequence selectivity could be linked to the three-dimensional structures of the DNA-drug complexes. Clearly, the combination of detailed structural and thermodynamic data of complex formation allows for a better understanding of the binding mechanism and structure-activity relationship when it comes to drug-DNA interactions. Therefore, the information gathered can assist in the design of more efficient derivatives of this type of alkylating DNA binding drugs in particular and of DNA recognition by ligands composed of several motifs in general.
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.
The present work is a cumulative dissertation that covers the research work of the author at the Department of Analytical and Physical Chemistry of Chelyabinsk State University. It contains a short description of the study and a set of attached publications in peer-reviewed journals and conference proceedings.
The phase and chemical equilibria in binary systems Me – Si
(where Me is the 4th-period transition metal) as well as Mo – Si, Mn – Ge and Fe – Ge at low temperatures were considered. The solid solubility of silicon in vanadium, chromium, manganese, iron, nickel, cobalt and copper and that of germanium in manganese and iron was estimated.
The phase equilibria in Me – Si – O, Mo – Si – O, Mn – Ge – O and Fe – Ge – O ternary systems at standard conditions were considered from a thermodynamic viewpoint. The atmospheric corrosion of transition metals silicides and manganese and iron germanides was discussed.
The chemical and electrochemical equilibria in Me – Si – H2O, Mo – Si – H2O, Mn – Ge – H2O and Fe – Ge – H2O systems were considered from a thermodynamic viewpoint. Pourbaix diagrams for some 4th-period transition metals and molybdenum, as well as for silicon, were revised. The potential – pH diagrams for Me – Si – H2O, Mo – Si – H2O, Mn – Ge – H2O and Fe – Ge – H2O systems were plotted in the first time. The corrosion-electrochemical behaviour of transition metals silicides and manganese and iron germanides in aqueous media was discussed.
The potential – pH diagrams for some siliceous brasses and bronzes (which are multicomponent alloys containing both transition metals and silicon) were plotted, and the corrosion of these alloys in aqueous media was discussed.
Method of estimation of corrosion-electrochemical behaviour of multicomponent alloys, which takes into account both thermodynamic and kinetic data and is based on mutual construction of equilibrium and polarisation potential – pH diagrams, was described. Its usage was illustrated in the example of the structural steel 20KT.
Ausgangspunkt aller Untersuchungen sind Langmuir-Monoschichten an der Wasser/Luftgrenzfläche. Denn mit diesen Monoschichten kann die Oberflächeladungsdichte eingestellt werden. Sie werden durch amphiphile Moleküle gebildet.Die hydrophoben Alkylketten sind zur Luftseite und die hydrophile Kopfgruppe zur Wasserseite orientiert.Die Phasen der Lipid- Monoschicht und die Belegungsdichte werden extern eingestellt. Die Lipid- Monoschicht kann je nach Anordnung der Alkylketten verschiedene unter- schiedliche Phasen zeigen. Um die adsorbierten Polyelekrolyte zu beschreiben zu können, benötigt man experimentelle Methoden, die in der Lage sind, Konformation und Be- legungsdichte von adsorbierten Polyelektrolyten an Oberflächen aufzulösen. Diese Strukturen, auf der Nanometerskala, werden mit Röntgenreflektion und Röntgendiffraktion unter streifendem Einfall untersucht.Die Strukturda- ten werden durch thermodynamische Untersuchungen ergänzt. Die Untersuchungen werden für elektrostatische Kräfte mit hoher Ampli- tude und langer Reichweite durchgeführt. Die Lösungen der Polyelektrolyte (c PSS = 0.01 mmol/L bezogen auf die Monomerkonzentration) sind so einge- stellt, dass eine fast vollständige Ladungskompensation (70-90%) stattfindet. Unter diesen Bedingungen adsorbieren PE entweder flach als 2-dimensionales Knäuel oder geordnet in einer 2-dimensionalen lamellaren Phase. Die Untersuchungen sollen herausfinden, welchen Einfluss die elektrostatische Wechselwirkung auf die Kettensteifigkeit von adsorbierten Polyelektrolyten,die durch die Persistenzlänge LP charakterisiert werden.So kann geklärt werden,ab welcher Konturlänge LK Polyelektrolyte nicht mehr stäbchenförmig sondern als 2-dimensionales Knäuel adsorbieren. Untersucht werden negativ geladene PSS (Polystyron Sulfonat) mit un- terschiedlichen Konturlängen LK.Diese adsorbieren an die positiv geladene DODA Lipid-Monoschicht (Dioctadeyldimethylammonium). Die Persistenzlänge LP für adsorbiertes PSS an DODA ist direkt aus den thermodynamischen Daten ermittelt worden. Als Funktion der Konturlänge LK wurde der Oberflächendruck π c sowie die erste Ableitung dπc /dT unter- sucht. Daraus läßt sich die Persistenzlänge des adsorbierten PSS LP ≈ 210 Å bestimmen. Die Oberflächenladungsdichte der Monoschicht wird durch die Kompression verdoppelt.Simultan wird der Abstand der Polyelektrolytketten dPE halbiert, so dass immer eine 70-90% Ladungskompensation erreicht wird. Es wird mit Röntgendiffraktion immer eine fache 2-dimensionale lamellare Phase der adsorbierten PSS Ketten detektiert.Hierbei bilden Konturlängen LK < 110 Å eine Ausnahme. Es wird keine 2-dimensionale lamellare Phase für geringe Oberflächenladungsdichte (LE Phase der Lipide) gefunden. Die Röntgenreflektion kann aber zeigen, dass PSS Ketten, unabhängig von der Konturlänge LK, immer flach an der Lipidmonoschicht adsorbieren. Wenn steife kurze Ketten (LK≤110Å<LP ) an der LC Phase der Lipid- Monoschicht adsorbieren, liegen sie aber in der 2-dimensionalen lamellare Phase. Der Übergang von der LE in die LC Phase der Lipid-Monoschichten erfolgt gleichzeitig mit dem Übergang von der ungeordneten flachen zur 2- dimensionalen lamellare Phase der adsorbierten kurzen PSS Ketten. Daher zeigt die Enthalpie ∆H des LE/LC Phasenübergangs ein Maximum bei L K =110 Å. Im nächsten Schritt wird die Elektrostatik zwischen der Lipid-Monoschicht und den Polyelektrolyte untersucht.Die maximale Oberflächenladungsdichte der Lipid-Monoschicht wird durch eine Mischung von geladenen DODA und ungeladenen DPPC (Dipalmitoylphosphatidylcholine) eingestellt. Röntgendiffraktionsmessungen zeigen bis zu einem DODA-Anteil von 75% die Ausbildung einer 2-dimensionalen lamellaren Phase an der LC Phase der Lipid-Monoschicht. Nimmt die maximale Oberflächenladungsdichte weiter ab, so wird keine Bildung der 2-dimensionalen lamellaren Phase beobachtet. Die Abnahme der maximalen Oberflächenladung führt zu einer niedrigen Belegungsdichte und so zu einem größerem Kettenabstand dPE. Die Linienladungsdichte wird durch unterschiedliches P−TrisAAx−rand−AMPS1−x auf 90% oder 50% verringert. Röntgendiffraktionsmessungen an PE mit unterschiedlichen Linienladungsdichten zeigen auch hier eine 2-dimensionale lamellare Phase. Die verringerte Linienladungsdichte erzwingt eine höhere Belegungsdichte um eine 70-90% Ladungskompensation zu erreichen. Dieses führt zu einem kleineren Kettenabstand dPE. Ein Grenzfall ist bei einer 50%-igen Linienladungsdichte zu beobachten. Dort konnte an der LC Phase der Lipid-Monoschicht keine 2-dimensionale lamellare Phase der PE beobachtet werden. Der Kettenabstand dPE ist so gering, dass er mit der Röntgendiffraktion nicht mehr aufgelöst werden kann.
Bacteria are exposed to oxidative stress as an unavoidable consequence of their aerobic lifestyle. Reactive oxygen species (ROS) are generated in the stepwise one-electron reduction of molecular oxygen during the respiration. Pathogens encounter ROS during the oxidative burst of macrophages as part of the host immune defense. Besides ROS, bacteria also have to cope with reactive chlorine, electrophilic and nitrogen species (RCS, RES, RNS). To cope with these reactive species, bacteria have evolved different defense and repair mechanisms. To maintain the reduced state of the cytoplasm, they utilize low molecular weight (LMW) thiols. LMW thiols are small thiol-containing compounds that can undergo post-translational thiolmodifications with protein thiols, termed as S-thiolations. S-thiolations function as major redox regulatory and thiol-protection mechanism under oxidative stress conditions. In eukaryotes and Gram-negative bacteria, the tripeptide glutathione (GSH) functions as major LMW thiol, which is present in millimolar concentrations. The Actinomycetes, such as Mycobacterium and Corynebacterium species do not produce GSH and utilize instead mycothiol (MSH) as their alternative LMW thiol. In Firmicutes, including Bacillus and Staphylococcus species, bacillithiol (BSH) functions as the major LMW thiol. LMW thiols protect protein thiols against the irreversible overoxidation of cystein residues to sulfinic and sulfonic acids. In addition, LMW thiols contribute to the virulence and survival of pathogens, function in metal homeostasis and serve as enzyme cofactors for detoxification of xenobiotics and antibiotics. In this doctoral thesis, we aimed to investigate the roles of MSH and BSH in redox regulation of main metabolic enzymes under oxidative stress in the pathogens Corynebacterium diphtheriae and Staphylococcus aureus. Previous redox proteomics studies identified the glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase GapDH and the aldehyde dehydrogenase AldA as S-thiolated in S. aureus and C. diphtheriae. Thus, we aimed to study the redox regulation of the metabolic enzyme GapDH in C. diphtheriae in response to NaOCl and H2O2 stress by S-mycothiolation, which is described in chapter 1. Moreover, we studied the involvement of the mycoredoxin-1 (Mrx1) and thioredoxin (Trx) pathways in reactivation of S-mycothiolated GapDH in vitro. Using shotgun proteomics, 26 S-mycothiolated proteins were identified under NaOCl stress in C. diphtheriae. These are involved in energy metabolism (Ndh, GlpD) and in the biosynthesis of amino acids (ThrA, LeuB), purines (PurA) and cell wall metabolites (GlmS). The glycolytic GapDH was identified as conserved target for S-thiolation across Gram-positive bacteria. GapDH was the most abundant protein, contributing with 0.75 % to the total cystein proteome. Moreover, GapDH is a conserved target for redox regulation and S-glutathionylation in response to oxidative stress in several prokaryotic and eukaryotic organisms. Treatment of GapDH with NaOCl and H2O2 in the absence of MSH resulted in irreversible enzyme inactivation due to overoxidation. Pretreatment of GapDH with MSH prior to H2O2 or NaOCl exposure resulted in reversible inactivation due to S-mycothiolation of the active site Cys153. Since S-mycothiolation is faster compared to overoxidation, S-mycothiolation efficiently protects the GapDH active site against overoxidation. The activity of S-mycothiolated GapDH could be restored by both, the Mrx1 and Trx pathway in vitro. Interestingly, the recovery of Smycothiolated GapDH by Mrx1 was faster compared to its reduction by the Trx pathway. In previous studies, the reactivation of S-mycothiolated Mpx and MrsA by the mycoredoxin pathway occurred also faster compared to the Trx pathway, which is consistent with our results. We were further interested to analyze the redox regulation of the glyceraldehyde-3phosphate dehydrogenase Gap of S. aureus under NaOCl and H2O2 stress, which is described in chapter 2. Using the quantitative redox proteomic approach OxICAT, 58 NaOCl-sensitive cystein residues with >10% thiol oxidation under NaOCl stress were identified. Gap and AldA showed the highest oxidation increase of 29% under NaOCl stress at their active site cystein residues. Using shotgun proteomics, five S-bacillithiolated proteins were identified, including Gap, AldA, GuaB, RpmJ and PpaC. Gap contributed with 4 % as most abundant cystein protein to the total cystein proteome. Our activity assays demonstrated that Gap of S. aureus is highly sensitive to overoxidation by H2O2 and NaOCl in vitro in the absence of BSH. The active site Cys151 of Gap was oxidized to the BSH mixed disulfide under H2O2 and NaOCl stress in the presence of BSH in vitro, which resulted in the reversible Gap inactivation. Moreover, inactivation of Gap by NaOCl and H2O2 due to S-bacillithiolation was faster compared to overoxidation, indicating that S-bacillithiolation protects the Gap active site against overoxidation in vitro. We further showed that the bacilliredoxin Brx catalyzes the reduction of S-bacillithiolated Gap in vitro. Molecular docking of BSH into the Gap active site revealed that S-bacillithiolation does not require major structural changes. Apart from Gap, the aldehyde dehydrogenase AldA was identified as S-bacillithiolated at its active site Cys279 under NaOCl stress in S. aureus previously. Thus, the expression, function, redox regulation and structural changes of AldA were analysed under NaOCl and aldehyde stress in S. aureus as summarized in chapter 3. AldA was S-bacillithiolated in the presence of H2O2 and BSH as demonstrated in BSH-specific Western blots in vitro. The expression of aldA was previously shown to be regulated by the alternative sigma factor SigmaB in S. aureus. Transcription of aldA was strongly increased in a SigmaB-independent manner under formaldehyde, NaOCl and diamide stress in S. aureus. Using an aldA deletion mutant, we demonstrated that aldA is required for growth and survival under NaOCl stress in S. aureus. The purified AldA enzyme was shown to catalyze the oxidation of various aldehyde substrates, including formaldehyde, methylglyoxal, glycolaldehyde and acetaldehyde in vitro. In addition, the function of the conserved Cys279 for AldA activity was investigated in vivo and in vitro. The purified AldAC279S mutant was shown to be inactive for aldehyde oxidation in vitro. Moreover, the aldAC279S mutant was very sensitive under NaOCl stress in vivo, and this phenotype could be reversed using the aldA complemented strain. These experiments demonstrate the function of Cys279 for AldA activity both in vitro and in vivo. AldA activity assays showed that AldA is sensitive to overoxidation and irreversible inactivation by H2O2 alone in vitro. In the presence of BSH, AldA is protected against overoxidation by reversible Sbacillithiolation in vitro. Molecular docking and molecular dynamics simulations revealed that BSH occupies two different positions in the Cys279 active site, which depend on the NAD+ cofactor. In the apoenzyme, BSH forms the disulfide with Cys279 in the “resting” state position, while Cys279 is S-bacillithiolated in the “attacking” state position in the holoenzyme in the presence of the NAD+ cofactor.
Thioredoxine (Trxs) bilden eine Familie ubiquitärer Oxidoreduktasen, welche durch posttranslationale Redox-Modifikationen von Cysteinyl-Thiolgruppen sowie die Regulation der intrazellulären Wasserstoffperoxidgehaltes die zelluläre Redoxantwort steuern. Es ist bekannt, dass Thioredoxine, Glutaredoxine (Grxs) und Peroxiredoxine (Prxs) wesentliche Signalwege von Inflammation, Proliferation und Apoptose beeinflussen und somit in vielen Pathologien, insbesondere bei entzündlichen Erkrankungen wie dem allergischen Asthma, eine entscheidende Rolle spielen. Derzeit sind vorwiegend die intrazellulären Funktionen der Proteine der Trx-Familie in Gesundheit und Krankheit umfassend untersucht, doch die extrazellulären Funktionen bei der Redox-Signalübertragung bleiben bis zum heutigen Tage weitestgehend im Dunkeln. In dieser Arbeit haben wir uns daher zum Ziel gesetzt, Verteilung und Funktion von Proteinen der Trx-Familie in der Regulation der Immunantwort zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf dem extrazellulären Vorkommen und den damit verbundenen Eigenschaften liegt.
Allergische Atemwegsentzündungen sind durch bronchiale Obstruktion und chronischen Umbau sowie Hyperreagibilität der Atemwege gekennzeichnet. Die Anhäufung reaktiver Sauerstoffspezies in der bronchialen Flüssigkeit der Lunge und die sich daraus ergebenden Veränderungen des Redoxzustands in den bronchialen Epithelzellen sind in den letzten Jahren in den Fokus der Asthmaforschung gerückt. Mehrere Studien beschrieben eine positive Wirkung von Trx1 und Grx1 in Atemwegsinfektionen, so würde eine Th2-typische Immunmodulation reduziert und verringere in der Folge den Umbau der Atemwegsstruktur – eine zentrale Pathologie des Asthmas.
In dieser Studie untersuchten wir die Expressionsniveaus von Proteinen der Trx-Familie in Lungengewebe und bronchoalveolärer Lavageflüssigkeit in einem Mausmodell der Ovalbumin (OVA) induzierten allergischen Atemwegsentzündung. Wir konnten eine Zunahme von Grx2 und Prx4 in intrazellulären Proben aus der Mäuselunge nach einsetzen der induzierten Atemwegsinfektion zeigen. Ausschließlich unter OVA-induzierter Inflammation wurde in diesen Proben eine zweite Isoform von Grx2, zytosolisches Grx2c, nachgewiesen. Die Behandlung von Mäusen mit intraperitoneal appliziertem, rekombinantem Grx2 parallel zur Induktion der Entzündung mit OVA, hatte eine entzündungshemmende Wirkung, die zu einer Verringerung des asthmatischen Phänotyps in der Immunhistochemie und einer signifikanten Reduktion der Gesamtzahl der Entzündungszellen, besonders der eosinophilen Granulozyten führte. Die Verabreichung der rekombinanten Grx2C40S-Mutante, der die Fähigkeit zur Katalyse des Dithiol-Reaktionsmechanismus fehlt, hatte nicht die gleiche entzündungshemmende Wirkung. Eine zusätzlich durchgeführte His-Tag-Färbung zeigte eine Aufnahme von rekombinantem Grx2 in die Epithelzellen und Makrophagen der entzündeten Lunge. Die Färbung von Lungenabschnitten für HIF1- und Pro-Caspase3 nahm nach Beginn der allergischen Atemwegsentzündung zu und ging bei den mit dem wildtyp Grx2 behandelten Mäusen deutlich zurück.
In den extrazellulären Fraktionen war die Konzentration von Trx1, Grx1, Prx2 und Prx4 unter Entzündungsbedingungen erhöht, zudem konnte Prx4 in dieser Studie erstmals nur in der Entzündung, nicht aber bei gesunden Mäusen nachgewiesen werden. In-vitro-Experimente, bei denen Makrophagen aus Balb/c-Mäusen stimuliert wurden, sollten Aufschluss über die Funktionen von Trxs und Grxs in der Immunantwort geben. Grx2 und Trx1 wurden als potenzielle Stimulatoren von Makrophagen identifiziert, die die Sekretion von RANTES, IL-6, IL-10 und TNF-α induzieren, während die Zytokinspiegel von IL-4 und INF-γ nicht verändert wurden. Bei kombinierter Verabreichung von Redoxinen mit LPS/IFN-γ, die einen Entzündungszustand nachahmt, wurde gezeigt, dass Trx1 die Zytokinspiegel von TNF-α und INF-γ im Vergleich zu LPS/IFN-γ allein senkt. Die Behandlung mit Trx1/LPS/IFN-γ induzierte die Produktion von IL-6 und RANTES auf ein Niveau vergleichbar mit der alleinigen Stimulation durch LPS/IFN-γ.
Diese Arbeit beleuchtet Proteinveränderungen von Thioredoxinen, Glutaredoxinen und Peroxiredoxinen in einem Mausmodell für allergische Atemwegsentzündungen mit besonderem Schwerpunkt auf der extrazellulären Verteilung und Funktion der Proteine. Wir zeigen, dass die Veränderungen der Proteinspiegel selektiv reguliert werden und zu einem fein abgestimmten Netzwerk von Partnern in der Redox-Signalgebung beitragen und somit Potenzial für mögliche Therapieansätze bieten.
Objectives: To examine the association between third molars and orofacial pain. We hypothesized that impacted third molars are a cause of orofacial pain.
Methods: Magnetic resonance images of 1808 participants from two populationbased cohorts from Northeastern Germany were analysed to define the status of third molars according to the Pell and Gregory classification. A self-reported questionnaire and a clinical dental examination were used to detect chronic and acute complaints of orofacial pain, masticatory muscle pain, migraine and other types of headache. Logistic regression models were used to analyse the associations between third molar status and orofacial pain.
Results: Individuals with impacted third molars in the maxilla had a higher chance of chronic orofacial pain than those with erupted third molars (odds ratio 2.19; 95% CI 1.19-4.02). No such association was detected for third molars in the lower jaw. Third molars were not associated with masticatory muscle pain, migraine or other types of headache.
Conclusions: Impacted maxillary third molars might be a cause of chronic orofacial pain. Thus, physicians should consider the eruption/impaction status of third molars in their decision-making process when treating patients who complain of orofacial pain.
Kardiovaskuläre Erkrankungen stellen seit Jahrzehnten in Industrienationen, wie Deutschland, die Haupttodesursache dar.1–4 Verschiedene Parameter nehmen Einfluss auf die Prävalenz und Inzidenz von kardiovaskulären Erkrankungen, sowie auf die Zunahme von Wanddicken großer arterieller Gefäße. Die Wanddicke der Arterien (MAWT) wird als ein Surrogatmarker für die Arteriosklerose verwendet, und diesbezüglich verschiedene Gefäßabschnitte untersucht.21,22 Auch MRT-Untersuchungen erfolgten, in welchem der bisherige Goldstandard die Dark-Blood Sequenz war.33,35–37 In der klinischen Routine wird jedoch im Rahmen eines Kardio-MRT eine cine steady-state free precession(SSFP)- Sequenz verwendet.38,39 Das Ziel unserer Arbeit war es die Dark-Blood (DB)- Sequenz mit der cine (SSFP)- Sequenz mittels Inter- sowie Intrarater Reliabilität zu vergleichen, sowie altersabhängige und geschlechtsspezifische Standardwerte der Wanddicke der Aorta ascendens und descendens in der Allgemeinbevölkerung anhand von Daten der Study of Health in Pomerania (SHIP- Studie) zu bestimmen.
Methode: Für den Vergleich der beiden Sequenzen wurden beide Sequenzen an 50 Nicht-SHIP-Probanden, welche ein Kardio- MRT erhielten, generiert. Diese wurden anschließend von zwei Untersuchern (AQ und TS) bezüglich Interratersowie Intrarater Reliabilität auf Höhe der rechten Pulmonalarterie vermessen und ausgewertet. In der zweiten Publikation erfolgte die Messung der Aortenwanddicke, sowie die Korrelation mit dem Alter und dem Geschlecht an 753 Personen aus der SHIPStudie.
Ergebnisse: Die cine SSFP- Sequenz konnte im Vergleich zu der DB- Sequenz, bei einer hohen Inter- und Intrarater Reliabilität, zuverlässige und vergleichbare Messwerte liefern. Insgesamt zeigte sich, dass die mittlere Aortenwanddicke der Aorta ascendens (1.46 mm bei Frauen, 1.56 mm bei Männern) im Vergleich zur Aorta descendens (1.26 mm bei Frauen, 1.36 mm bei Männern) größer war. Zusätzlich konnte ein Anstieg der Wanddicke mit zunehmendem Alter, sowie eine Geschlechtsabhängigkeit der Wanddicke nachgewiesen werden. Männer haben im Vergleich zu Frauen eine dickere Gefäßwand in beiden untersuchten Gefäßabschnitten auf (p<0.001). In weiteren Auswertungen stellte sich eine gering höhere Abhängigkeit der zunehmenden Aortenwanddicke mit zunehmendem Alter bei dem männlichen Geschlecht dar.
To what extent do norms of regional Intergovernmental Organizations (IGOs) have an impact on member states’ borders and their permeability? International agreements and regional integration measures quite often highlight how harmonization of mechanisms and procedures related to cross-border interaction within specific communities takes place. As these agreements and measures contain mutual expectations about appropriate behavior, a form of convergence in bordering practices – and therefore effects – is implied. This leads to the assumption that cross-border interaction is gradually increasing and eventually leading to a ‘borderless’ realm that allows for the free movement of goods, services, persons, and capital. However, the nature of borders or a deeper understanding of the bordering process itself is often not central to the studies of international relations. They represent mere fixtures of international interaction and appear in the public discussion only if sudden restrictions are implemented or if large-scale changes in the international environment affect their functioning.
Specific literature on borders is relatively new and located mainly within an interdisciplinary setting that largely lacks coherency in its ontological concepts or deals exclusively with individual cases. The literature on the normative capacity of (regional) IGOs on the other hand is well matured and one of the cornerstones of international studies. However, here a blatant neglect of borders and bordering is apparent. This situation is aggravated by the circumstance that the field of International Relations by definition is dealing with cross-border interaction.
Apart from the general ontological issue of what borders and bordering processes are from a political science perspective, three main gaps in conjunction with the above question could be identified within the literature. The first relates to the general efficacy of the normative influence of regional IGOs on enhancing cross-border interaction through the issuing of specific normative provisions. On this, the relevant literature is divided. Arguments range from an all-permeating relevance of norms as intersubjective understandings that create specific expectations of appropriate behavior to the primacy of rational choices that are targeted to create benefits in most economic and security- related matters. The second gap relates to the relevance of domestic precognition in cross-border interaction. It is not clear to what extent dominant normative conceptions at the national level create obstacles to the efficacy of IGO provisions in shaping cross- border interaction. Finally, the impact of critical junctures – as kind of catalysts – that shift member state preferences in following communal obligations are being analyzed. Here, the assumption is that these junctures may either enhance or negate IGO provisions dependent on the dominant domestic preferences. Essentially, the approach taken here is a layered one, where each identified gap provides the basis for the following ones. The analysis itself is divided into a quantitative and a qualitative part. For the former, a new dataset has been created that specifically lists all normative provisions targeting the free movement of goods, services, persons, and capital of the two IGOs selected for this research project. This is an important departure from the usual dichotomous perception of IGO influence used throughout the literature. In conjunction with specific data related to each of the four freedoms, multiple variations of a gravimetric Poisson Pseudo-Maximum Likelihood model are specified. The qualitative approach draws upon descriptive and matching approaches to analyze the impact of dominant domestic norms and critical junctures on the bordering process. For this purpose, a corpus of source material is created that includes government declarations and media articles, as well as the specific IGO provisions on bordering to each of the four freedoms that are central to this research.
The quantitative findings indicate a strong and consistently positive impact of regulative IGO norms while evaluative IGO norms do not provide similar results. The qualitative findings point in a similar direction. As long as IGO norms have a more regulative direction and are obligatory, the effect is less likely to be diminished by contesting dominant domestic norms or critical junctures vis-`a-vis more evaluative IGO norms.
The results and additional findings of this research have implications for further research. Central to this is the capacity of regional IGOs to exert normative influence on the bordering practices of their member states. An additional finding relates to the interrelatedness of normative provisions. The more these provisions are cross-referencing each other – or are interlocked – the more robust they seem to get. This is a trait that is relevant for policy-makers and IGO bureaucracies if they want to enhance the compliance of their agents. On a methodological level, the here introduced data set on normative IGO provisions provides other researchers with a substantially more fine- grained approach to investigating the impact of specific IGO measures on a particular dimension of cross-border interaction.
Körpersignale sind elementar für die Aufrechterhaltung der Homöostase, um eine angemessene Regulation der Körperfunktionen zu ermöglichen und dadurch das Überleben des Individuums sicherzustellen. Die bisherige Forschung hat die dysfunktionale Wahrnehmung dieser interozeptiven Signale als wichtigen Bestandteil vieler Angst- und Gesundheitsprobleme identifiziert, da selbst leichte und harmlose Körperempfindungen eine übermäßig starke Mobilisierung von Abwehrreaktionen hervorrufen können. Obwohl das wissenschaftliche Interesse im Bereich Interozeption in den letzten Jahren stark gewachsen ist, wurde die Dynamik von Abwehrreaktionen als Reaktion auf Körpersignale bisher selten untersucht. Daher hatte die vorliegende Arbeit zum Ziel, die verhaltensbezogene und psychophysiologische Dynamik der defensiven Mobilisierung auf bedrohliche interozeptive Signale sowie den moderierenden Effekt von Dispositionsfaktoren und biologisch determinierten Verhaltensmarkern zu untersuchen.
In der ersten Studie wurden die Dynamik defensiver Mobilisierung auf eine näher-kommende externe Bedrohung mit einer sich annähernden interozeptiven respiratorischen Bedrohung, in Abhängigkeit von der Bedrohungsnähe und der Möglichkeit zur Vermeidung, bezüglich subjektiver, autonomer und respiratorische Reaktionen sowie Gehirnreaktionen und defensiver Reflexe verglichen.
In der zweiten Studie wurde die Mobilisierung defensiver Reaktionen während der wiederholten Vermeidung von kulminierender Atemnot analysiert, um eine detaillierte Analyse der Initiierung und Aufrechterhaltung von aktiven Vermeidungsverhalten zu erhalten.
Die dritte Studie unterweiterte die diese Befunde, indem die Rolle der maximalen freiwilligen Luftanhaltezeit als möglicher Prädiktor für eine übermäßig starke Mobilisierung defensiver Reaktionen bei der Konfrontation mit einer näherkommenden respiratorischen Bedrohung, in Abhängigkeit der Möglichkeit zur Vermeidung, untersucht wurde.
In der vierten Studie wurden die Prädiktoren für aktives Abwehrverhalten (d.h., Flucht oder aktive Vermeidung bei Konfrontation) während ansteigender Atemnot, induziert durch in der Intensität ansteigende inspiratorische Atemwiderstände gefolgt von einer kurzen Blockade der Einatmung, untersucht.
Die erste Studie zeigte, dass das defensive Aktivierungsmuster bei der Mobilisierung defensiver Reaktionen auf eine sich annähernde externe Bedrohung annähernd vergleichbar ist wie bei einer interozeptiven respiratorischen Bedrohung, unabhängig von der Möglichkeit zur Vermeidung. Zusätzlich wurde eine bedrohungsspezifische Mobilisierung des respiratorischen Systems bei der Konfrontation mit der unvermeidbaren interozeptiven Bedrohung beobachtet.
Die Daten der zweiten Studie demonstrierten, dass die Initiierung von erstmaligen Vermeidungsverhalten als Reaktion auf ansteigende Atemnot begleitet wird von physiologischen Erregungen als Indikatoren für eine Reaktionsvorbereitung. Diese verschwanden zunehmend mit wiederholter Vermeidung, was auf die Entwicklung von gewohnheitsmäßiger Vermeidung hindeutet.
Darüber hinaus wurde in der dritten Studie gezeigt, dass eine übermäßig starke Mobilisierung von Abwehrreaktionen auf eine sich annähernde unvermeidbare respiratorische Bedrohung durch eine reduzierte maximale freiwillige Luftanhaltezeit vorhergesagt wird, jedoch nicht, wenn die Möglichkeit zur Vermeidung vorhanden war.
Die vierte Studie demonstrierte, dass eine höhere Angstempfindlichkeit und eine kürzere freiwillige maximale Luftanhaltezeit mit aktivem Vermeidungsverhalten während ansteigender Atemnot assoziiert sind.
Zusammenfassend zeigen die vorliegenden Daten, dass die defensive Mobilisierung für eine exterozeptive Bedrohung vergleichbar ist wie für eine interozeptive Bedrohung und sich in Abhängigkeit der Bedrohungsnähe und dem verfügbarem Abwehrrepertoire ändert. Darüber hinaus ist die Neigung, Erregungsgefühle zu befürchten und eine verminderte Belastungstoleranz während freiwilligem Luftanhaltens mit einer erhöhten Angst- und Furchtreaktion auf Atemnotsymptome verbunden. Daher könnten diese dispositionellen und biologischen Verhaltensmarker bei der Konfrontation mit ansteigender Atemnot aktives Vermeidungsverhalten begünstigen und, wenn sie gewohnheitsmäßig ausgeführt werden, kann sich persistentes Vermeidungsverhalten entwickeln, welches das Risiko für die Entstehung einer ernsthaften psychischen Erkrankung erhöht.
Body sensations play a crucial role in the etiology and maintenance of diverse anxiety and health problems (e.g., in panic disorder or respiratory diseases) as they may be perceived as threatening and consequently elicit anxious responses. The factors that may affect the perception of bodily sensations as a threat and thus modulate the anxious response to body sensations have so far rarely been studied. Therefore, the present thesis targeted at elucidating the effect of contextual (i.e., the predictability, expectation, and proximity of a threat) and dispositional factors (i.e., tendency to fear arousal sensations or trait fear of suffocation) on the defensive response to body sensations.
In study 1, it was investigated how a personality factor, that is, fear of suffocation, affects the acquisition of fear to body sensations (i.e., mild dyspnea induced by inspiratory resistive loads) and contexts when faced with a predictable and unpredictable respiratory threat (i.e., severe dyspnea). Study 2 aimed at examining the main and interactive effects of the tendency to fear arousal sensations, again a personality trait factor, and current arousal expectations as varied by situational variables on anxious responding to arousal sensations. In this study, expected and unexpected arousal sensations were induced by administering caffeine in coffee or bitter lemon soda, respectively. Moreover, in study 3, it was explored how subjective anxiety, bodily symptoms, and defensive respiratory responses change and might culminate into active defense behavior (i.e., escape/active avoidance) during increasing dyspnea that was evoked by inspiratory resistive loads increasing in intensity. For a detailed analysis of the factors that contribute to the initiation and maintenance of avoidance of or escape from increasing dyspnea, in study 4 changes in subjective, autonomic, somatic reflex and brain responses were analyzed during repeated avoidance of increasing dyspnea.
In study 1, it was demonstrated that only individuals who fear suffocation learned to fear mild dyspnea preceding the onset of severe dyspnea and developed anxiety during a context of unpredictable respiratory threat. Moreover, the data from study 2 indicate that individuals who fear arousal sensations show an increased attention allocation towards unexpected arousal sensations and higher threat appraisal when expecting arousal sensations. Increasing intensity of dyspnea as provoked in study 3 led to increased defensive respiratory responses that were associated with increased symptom reports in individuals with high compared to low fear of suffocation. Moreover, culminating dyspnea elicited repeated avoidance behavior preceded by increases in defensive respiratory mobilization. The analysis of repeated avoidance of increasing dyspnea in study 4 revealed that physiological fear responses might be involved in the initial initiation of this avoidance behavior while no indication of response preparation and physiological arousal was related to persistent avoidance.
Taken together, the present data suggest that the fear of suffocation, as well as the tendency to fear arousal sensations along with the predictability, expectation, or proximity of interoceptive threat, may increase the perceived threat and thus the anxious response to body sensations. Therefore, contextual and dispositional factors may set the stage for the culmination of body sensations into defensive action and might contribute to the development of pathological anxiety and fear of body sensations. The present findings are integrated into the current literature and discussed in relation to the development and maintenance of pathological anxiety and fear of body sensations.
The deep geological underground represents an important georesource for the short-
term storage of renewable energy and the long-term reduction of greenhouse gas emissions. To ensure the economic viability and safety of any subsurface storage project, detailed characterisation of the quality and integrity of the reservoir and its cap rock is required. This characterisation includes the accurate determination of the petrophysical properties, such as porosity and permeability, as well as the potential mineral reactions, such as the dissolution of reactive phases, which may occur during the lifespan of such a project. Clay minerals are common components of many reservoir systems and, depending on their type and structure, can have a significant impact on storage and transport properties. These processes are, however, currently not well understood. In order to address these issues, the main focus of this thesis is on mineralogical analyses using X-ray diffraction (XRD) and microstructural studies using focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM) together with micro X-ray computed tomography (µXCT) to gain a better understanding of the influence of clay minerals on reservoir and cap rock properties.
A central part of this thesis focuses on the analysis of clay minerals and pore structures of the Bebertal Sandstone of the Parchim Formation (Early Permian, Upper Rotliegend), which is considered a natural analogue for the tight reservoir sandstones of the North German Basin. Two illite polytypes with a variety of characteristic structures have been identified in the Bebertal sandstone. Disordered 1Md illite forms the majority of the observed structures, which include omnipresent grain coatings, altered permeable feldspar grains and pore-filling meshwork structures. Trans-vacant 1M illite represents the second and youngest generation of authigenic illite and occurs as fibrous to lath-shaped particles that grew into open pore spaces and led to a significant reduction in porosity and permeability during late diagenesis. Based on these results, a model for the formation of illite polytypes in the aeolian layers of the Bebertal sandstone was developed that describes the temporal and spatial evolution of porosity and permeability during diagenesis. Information from this model was then used to improve the prediction of permeability of the Bebertal sandstone based on µXCT pore space models and direct numerical simulations. To achieve this, a micro-scale pore space model was created that allowed the simulation of permeability reduction by clay minerals by including nanoporous illite domains based on a novel morphological algorithm. By performing Navier-Stokes-Brinkman simulations, more accurate predictions of permeabilities with respect to experimentally determined values were obtained compared to conventional Navier-Stokes simulations.
The detailed characterisation of the Bebertal sandstone has shown that natural reservoir rocks are usually complex heterogeneous systems with small-scale variations in texture,
composition, porosity and permeability. Flow-through experiments on the Bebertal sandstone revealed that the coupled geochemical and hydrodynamic processes that occur during the dissolution of calcite could not be predicted by reactive transport models. Therefore, as part of this thesis, a novel approach for developing synthetic sandstones at low temperatures based on geopolymer binder was developed. It is shown that simpler and more homogeneous porous materials can be produced with porosity and permeability values in the range of natural sandstones. These can be used to better understand the dynamic and coupled processes relevant to the storage of renewable energy in reservoir rocks through improved experimental constraints.
The final part of this thesis reports on a detailed clay mineral and pore space study of
three shale formations and one mudstone that were identified as potential seals for the Mt. Simon sandstone reservoir in the Illinois Basin. During the Illinois Basin - Decatur Project, this reservoir was used for the sequestration of one megaton of supercritical carbon dioxide. In order to better assess the quality of the sealing units and to better understand the role of the intergranular clay mineral matrix as potential pathway for fluid migration, a multi-scale evaluation was conducted that included thin section analysis, quantitative evaluation of minerals by scanning electron microscopy (QEMSCAN), mercury intrusion capillary pressure (MICP) measurements, quantitative XRD and high-resolution FIB-SEM. The results allow for the classification of the studied formations into primary and secondary seals and emphasise the importance of three-dimensional clay-mineral-related pore structure characterisations in cap rock studies. XRD proved the most reliable method for the identification and quantification of clay minerals in the studied cap rocks and mudstones. In contrast, FIB-SEM and QEMSCAN provided the spacial constraints for reconstructing fluid flow pathways within the clay mineral matrix.
Overall, this thesis highlights the importance of the precise identification of clay minerals in geological reservoirs and their cap rocks. It also illustrates the need for three-dimensional characterisation and modelling of the associated small pore structures for an improved understanding of the rocks diagenetic history as well as the prediction of the transport and storage properties of these crustal reservoir systems.
This thesis is devoted to experiments on three-dimensional dust clouds which are confined in low temperature plasmas. Such ensembles of highly electrically charged micrometer-sized particles reveal fascinating physics, such as self-excited density waves and vortices. At the same time, these systems are challenging for experimental approaches due to their three-dimensional character. In this thesis, new optical diagnostics for dusty plasmas have been developed and, in combination with existing techniques, have been used to study these 3D dusty plasmas on different size and time scales.
Although the Pleistocene deposits exposed in the steep coastal cliffs of Mecklenburg-Vorpommern have been studied for more than a century, the depositional conditions of many lithostratigraphic units remain unclear. There is, in particular, a question whether the individual tills (locally more than 9 successive till units) are mainly subglacial deposits or resedimented (mass flows) in origin (at least in part). The Pleistocene deposits preserve information concerning the former glacial depositional processes. Detailed micromorphological analysis of these deposits can provide key information regarding these processes and thereby aid in the reconstruction of former glacial environments. The island of Rügen is located on the southwestern Baltic Sea coast and was situated in the marginal zone of the Scandinavian Ice Sheet during the last glacial period (Weichselian). Therefore, the region is considered as an ideal area for reconstructing the complex fluctuations in the position of the margin of this ice sheet as it expanded across the Baltic Sea and into northern Germany. Successive glacial advances and retreats of the ice sheet can be reconstructed by specific glacial sedimentation processes and flow-direction criteria derived from a variety of glacial deposits. The investigation area is located near Sassnitz on Rügen, where an imbricated and folded Weichselian succession disconformably overlies Maastrichtian chalk bedrock. The individual till units were sampled for micromorphological analyses to identify the former depositional conditions. Detailed description of the sedimentology and variation in facies, the description of macroscale deformation structures provides the context for the detailed micromorphology study. The three dimensional analysis of the microfabrics is based on the microstructural mapping methodology which enables the identification and interpretation of polyphase deformation within subglacial sediments.
Thromboembolische Ereignisse bei Hypophysentumoren - ist die Hyperprolaktinämie ein Risikofaktor ?
(2013)
Innerhalb der Normalbevölkerung ist das Auftreten von Thrombosen oder gar thromboembolischen Ereignissen nicht zu erklären. Zwangsläufig müssen hier verschiedene Risiken bzw. prothrombogene Faktoren bestehen welche diese Ereignisse auslösen. Hier können bisher asymptomatische Gerinnungsstörungen oder okkulte Tumorleiden eine Rolle spielen. Weitere Ursachen können Änderungen von Hormonspiegeln sein. Das pluripotent wirkende Hormon Prolaktin ist als Modulator der Thrombozytenfunktion und der proinflammtorischen Reaktion nachgewiesen worden. Unsere Arbeit zeigt keinen signifikanten Unterschied in der Thromboserate der neurochirurgischen Patienten mit einer Hyperprolaktinämie im Vergleich zu einer Normalbevölkerung bzw. der als repräsentativ gewerteten SHIP- Probanden. Dennoch ist die Thromboserate bei erhöhter Prolaktin- Serumkonzentration erhöht. Somit muss Prolaktin als ein Co- Faktor der Thromboseentstehung gewertet werden. Die Therapie der Akut- und Spätfolgen einer Thrombose stellt neben der Belastung für den Patienten eine zunehmende gesundheits-ökonomische Problematik dar. Somit kommt der eingehenden Darstellung der verschiedenen Risikofaktoren bzw. der Ursachengefüge eine entscheidende Bedeutung zu. In der weiterführenden Erforschung der Prolaktinzielstrukturen und der Wirkungsmechanismen sowie der Auflage von prospektiven Studien kann zur endgültigen Klärung beitragen werden.
Die vorliegende Studie ist eine Teilauswertung der HIT-Studie, die zwischen 2003 und 2005 unter der Leitung von Prof. A. Greinacher am Universitätsklinikum Greifswald durchgeführt wurde. Sie untersuchte 614 Traumapatienten hinsichtlich der Heparin induzierten Thrombozytopenie. Im Rahmen der HIT-Diagnostik fand auch ein Thrombosescreening statt. In dieser Studie sollten Risikogruppen für eine Thrombose identifiziert werden, um in Zukunft Patienten mit einem besonders hohen Thromboserisiko leichter zu erkennen. Zusätzlich sollte das postthrombotische Syndrom bei posttraumatischen Thrombosen näher untersucht werden. Im Rahmen ihres stationären Aufenthalts wurden die Patienten täglich hinsichtlich möglicher Thrombosen untersucht und ihre Verletzungen sowie Operationen klassifiziert. Zur Thromboseprophylaxe erhielten sie doppelblind-randomisiert unfraktioniertes oder niedermolekulares Heparin. Bei einem klinischen Thromboseverdacht oder spätestens bei Entlassung fand ein Kompressionsultraschall beider Beine statt; außerdem wurde der D-Dimer-Antigenspiegel bestimmt. Drei Monate nach der Entlassung erfolgte ein Follow-up bezüglich der weiteren Therapie und möglicher Komplikationen. Im Sommer 2009 luden wir die Thrombosepatienten zu einer Nachuntersuchung hinsichtlich des postthrombotischen Syndroms ein. Dabei wurden die Patienten im Hinblick auf eine chronisch venöse Insuffizienz als mögliche Folge der Thrombose untersucht. Es erfolgte eine Einteilung nach der CEAP-Klassifikation, eine erneute Ultraschalluntersuchung des betroffenen Beins sowie eine digitale Photoplethysmographie. Von 614 teilnehmenden Traumapatienten erlitten 6,8 % (n=42) eine Thrombose der tiefen Beinvenen. Zwei Patienten erkrankten während ihres stationären Aufenthaltes an einer Lungenembolie, zwei weitere nach ihrer Entlassung. Das entspricht 0,65 % aller Patienten bzw. 8,7 % aller Patienten mit thromboembolischen Ereignissen. Die Drei-Monatsmortalitätsrate betrug 0,81 % (n=5) aller Patienten. Drei von ihren verstarben an einer Lungenembolie. Eine erhöhte Thrombosewahrscheinlichkeit konnte nach großen Operationen, insbesondere der Hüfte und des Femurs, schweren Verletzungen und bei älteren Patienten festgestellt werden. Frakturen der unteren Extremität führten dabei besonders häufig zu Thrombosen. Dabei fiel auf, dass 3 von 4 Thrombosen nach einer Fraktur der unteren Extremität ipsilateral zur Verletzung auftraten. 59 % der Thrombosen waren asymptomatisch und wurden nur durch das Screening entdeckt. Die Auswertung hinsichtlich Heparinen und HIT ergab, dass beide Heparinarten zur Thromboseprophylaxe gleich wirksam waren. Allerdings war das HIT-Risiko bei niedermolekularem Heparin deutlich niedriger. 12 % der Patienten mit Thrombose (n=5) hatten eine HIT. Die Auswertung der D-Dimer-Antigenspiegel zeigte einen signifikanten Unterschied zwischen Patienten mit und ohne Thrombose und eine Tendenz zu höheren Werten bei schwereren Verletzungen und größeren Operationen. Die Schwankungsbreite war jedoch so groß, dass eine Bestimmung des Wertes in der Unfallchirurgie wenig sinnvoll erscheint. Eine Analyse der Nachbehandlung mit Hilfe der Patientenfragebögen und Arztbriefe ließ erkennen, dass weniger als die Hälfte der Thrombosepatienten ausreichend behandelt wurde. Die Ergebnisse wiesen dabei auf Probleme sowohl im ambulanten als auch im stationären Sektor hin. Aufgrund der geringen Fallzahl von nur sechs Patienten ist die Aussagefähigkeit dieser Studie hinsichtlich des postthrombotischen Syndroms nur eingeschränkt möglich. Allerdings konnte die digitale Photoplethysmographie Veränderungen in der venösen Hämodynamik nach Thrombose nachweisen. Die Ultraschalluntersuchung zeigte bei allen bis auf einen Patienten Veränderungen der Venen. Im Gegensatz zu den amerikanischen Leitlinien empfehlen die deutschen Leitlinien zur Thrombose derzeit (Stand: November 2011) kein Screening von Traumapatienten zur Thrombose. Da die Mehrzahl der Thrombosen in der Unfallchirurgie asymptomatisch, die Risiken einer nicht behandelten Thrombose jedoch erheblich sind, scheint ein Screening von bestimmten Risikogruppen unter Traumapatienten empfehlenswert. Das gilt besonders für ältere Traumapatienten, nach großen Operationen und Verletzungen und vor allem nach Frakturen der unteren Extremität. Hierbei sollte insbesondere das ipsilaterale Bein Berücksichtigung finden.
Obwohl große Fortschritte in der experimentellen und klinischen Intensivmedizin bezüglich Pathophysiologie und Diagnose der Sepsis erzielt wurden, bleibt die Letalität weiter nahezu unverändert hoch. Aufgrund einer immer länger lebenden, multimorbiden Bevölkerung, ist damit zu rechnen, dass sich die Inzidenz immer weiter erhöht. Eine der Hauptursachen für die Entwicklung einer Sepsis und eines Multiorganversagens ist das Versagen der Mikrozirkulation, der Hauptort für den Gas- und Nährstoffaustausch. Die Ursachen die zum Versagen der Mikrozirkulation führen sind vielfältig und umfassen das dysfunktionale Endothel, die vermehrte Leukozyten-Endothel-Interaktion, Gerinnungsstörungen und die Ausbildung von mikrovaskulären Shunts. Eine Verbesserung der Mikrozirkulation scheint deshalb ein wichtiger therapeutischer Ansatz zu sein. Aktiviertes Protein C hat neben seiner anti-koagulatorischen Funktion anti-inflammatorische, anti-apoptotische und barrierestabilisierende Eigenschaften, die während einer Sepsis positiv auf die Mikrozirkulation wirken. Wir untersuchten welche Wirkung aPC auf die mesenteriale Mikrozirkulation hat, indem wir die Plasmaextravasation und die Leukozyten-Endothel-Interaktionen beobachteten. In unserem Versuch stellten wir fest, dass aPC die Anzahl temporärer und fest adhärenter Leukozyten, sowie die Plasmaextravasation bei Endotoxinämie signifikant verringerte. Durch die Gabe von aPC konnte die Freisetzung von IL-1β signifikant reduziert werden, während wir eine Erhöhung der TNF-α Konzentration und keinen Einfluss auf die IL-6 und IL-10 Konzentration feststellen konnte. Unsere Ergebnisse zeigen, dass aktiviertes Protein C die Mikrozirkulation im Mesenterium verbessert hat. Da die Mikrozirkulation in der Pathogenese der Sepsis eine wesentliche Rolle spielt, lässt sich vermuten, dass aPC den Verlauf einer Sepsis positiv beeinflussen und somit von Vorteil für die Patienten sein könnte.
Gegenstand: Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die experimentelle Untersuchung eines mit verschiedenen Zusätzen modifizierten Calciumphosphatzementes an Minischweinen. Als Alternative zu autogenen Knochentransplantaten gewinnen Knochenersatzmaterialien zunehmend an Bedeutung. Der mit Chondroitinsulfat modifizierte Calciumphosphatzement soll für die Sanierung von Knochendefekten genutzt werden. Diese Arbeit untersucht die osteogene Potenz kleiner funktioneller Gruppen der extrazellulären Matrix wie Chondroitinsulfat. Material und Methode: Insgesamt wurden 40 Defekte an zehn adulten LEWE-Minischweinen im Unterkieferbereich gesetzt (4 Defekte pro Minischwein) und mit Knochenersatzmaterial gefüllt. Ein mit Eigenblut und autologer Spongiosa gefüllter Defekt wurde als Referenz genutzt. Die drei anderen Defekte wurden entweder mit Biozement D, mit Biozement D/Kollagen-I-Gemisch oder Biozement D/Kollagen-I/Chondoitinsulfat-Gemisch gefüllt. Alle drei Knochenersatzmaterialien basierten auf einem pastösen Hydroxylapatit-Zement-Gemisch. Die Versuchsauswertung erfolgte mittels histologischer Imageanalyse am unentkalkten Trenn-Dünnschliffpräparat. Alle zehn Tiere konnten nach komplikationsloser Einheilung nach drei Monaten einer histomorphometrischen Bewertung zugeführt werden. Der intraoperationem aushärtende Hydroxylapatit-Kollagen-I-Chondroitinsulfat-Zement zeigte osteokonduktive Materialeigenschaften. Die vom Defektrand ausgehende Resorption und knöcherne Substitution gestaltete sich außerordentlich rasch. Nach 3-monatiger Einheilzeit konnte bei Zweidrittel der Defektfläche ein knöchernes Remodeling nachgewiesen werden. Schlussfolgerungen: Der neu entwickelte Hydroxylapatit-Kollagen-I-Chondroitinsulfat-Zement eignet sich als Knochenersatzmaterial am Tiermodell. Diese Schlussfolgerung basiert sowohl auf seiner guten knöchernen Integration und Resorption als auch durch seine gute Applizierbarkeit intra operationem. Der Zusatz von Chondroitinsulfat und Kollagen Typ I zu Calciumphosphatzementen führt zu einer statistisch signifikanten Steigerung des Knochenumbaus und der Knochenneubildung. Die vorliegenden Versuche belegen, dass durch Zugabe von Komponenten der extrazellulären Matrix wie Chondroitinsulfat die osteogene Potenz von Knochenersatzstoffen weiter gesteigert werden kann.
Tobramycin und Imipenem sind zwei im klinischen Alltag häufig eingesetzte Medikamente, insbesondere in der Therapie einer Sepsis. Antibiotika können neben der antimikrobiellen Wirkung, anti-/proinflammatorische Effekte haben. Die klinische Relevanz dieser Studie besteht darin, einen Beitrag zum weiteren Verständnis der Wirkungen einer antibiotischen Therapie zu leisten. Potentielle Nebenwirkungen bei der Auswahl einer Antibiose mit dem Wissen, dass die intestinale Mikrozirkulation die wichtigste Rolle bei der Entwicklung eines septischen Organversagens spielt, sollten gezielt untersucht werden. Dazu wurden intravitalmikroskopische Untersuchungen der Darmwand am terminalen Ileum der gesunden Ratte durchgeführt. Die Vitalparameter wurden erfasst, der intestinale mikrovaskuläre Blutfluss gemessen. Zu Beginn und zum Abschluß des Experimentes wurden die Zytokinspiegel bestimmt. Imipenem in Kombination mit Cilastatin verminderte die funktionelle Kapillardichte und den intestinalen mikrovaskulären Blutfluss in der gesunden Ratte, die Leukozyten–Endothel-Interaktion war vermindert. Tobramycin hatte keine Auswirkungen auf die funktionelle Kapillardichte. In den postkapillären Venolen waren vermehrt aktivierte Leukozyten nachweisbar. Weder Imipenem noch Tobramycin hatten Auswirkungen auf die Makrohämodynamik. Die Zytokinspiegel blieben, mit Ausnahme von erniedrigten IL-10-Spiegeln nach Tobramycingabe, unbeeinflusst. Es ist bekannt, dass Imipenem und Tobramycin neben ihren antibiotischen Wirkungen auch immunmodulatorische Fähigkeiten haben. Die reduzierte Kapillardichte in der gesunden Ratte nach Zienamgabe könnte durch die Auswirkungen des obligat mit Imipenem kombinierten Zusatzstoffs Cilastatin erklärt werden. Der erhöhte Anteil an fest adhärenten Leukozyten nach Tobramycingabe stützt die bekannten, teils kontrovers diskutierten, Einflüsse von Aminoglykosiden direkt auf Leukozyten. Inwiefern diese Effekte durch die Antibiose auf die kommensale Besiedlung verursacht werden, lässt sich durch die vorliegende Arbeit nicht klären. Weitere tierexperimentelle Arbeiten sollten die kombinierten Stoffe Imipenem und Cilastatin getrennt untersuchen.
Die Frage der effizienten Behandlung von Sepsis und septischem Schock sind von großer Bedeutung, da die Letalität dieses Krankheitsbildes auch noch trotz der heutigen modernen intensivmedizinischer Maßnahmen sehr hoch ist. Gefährdet sind vor allem polytraumatisierte Patienten, Verbrennungspatienten und Patienten nach großen operativen Eingriffen. Mitverantwortlich für die steigende Inzidenz der Sepsis ist ein ansteigendes Durchschnittsalter der Patienten mit zunehmender Zahl an Begleiterkrankungen. Dem Gastrointestinaltrakt wird bei der Entstehung und Aufrecherhaltung von Sepsis und septischen Schock eine besondere Bedeutung zugeschrieben. Schon Meakins und Marschall beschrieben 1986 den Gastrointestinaltrakt als „Motor des Multiorganversagens“. Die Darmmukosa trennt die intestinale Mikroflora vom systemischen Blutkreislauf. Die Integrität der intestinalen Mukosa hängt aufgrund besonderer anatomischer Verhältnisse in den Darmvilli entscheidend von einer stabilen Perfusion der Mikrozirkulation ab. Unter bestimmten Umständen (Trauma, Schock, Endotoxinämie, etc.) kommt es zu einer Minderperfusion der Zottenspitzen in den Darmvilli und zur Störung der intestinalen Barrierefunktion. Eine Translokation von Bakterien und bakteriellen Produkten in die Mikrozirkulation über das physiologische Maß hinaus mit der Aktivierung der systemischen Immunantwort durch inflammatorische Zytokine ist die Folge. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Gabe von APC bei experimenteller Endotoxinämie die funktionelle Kapillardichte, als ein Maß der mikrozellulären Perfusion, signifikant verbessert. Darüber hinaus wirkt APC antiinflammatorisch, indem es die Leukozytenadhärenz am Endothel submuköser intestinaler Venolen reduziert. Diese Effekte von APC, die in anderen Arbeiten ebenfalls beobachtet werden konnten, sind nun in dieser Arbeit zum ersten Mal auch an der Darmwand festgestellt worden].
In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Bestimmung von Toleranzbereichen für 1H-NMR-Spektren von Neugeborenenurinen zur Detektion von angeborenen Stoffwechselerkrankungen vorgestellt. Diese Krankheiten werden durch genetische Defekte ausgelöst, die eine schwerwiegende Funktionsstörung im Stoffwechselkreislauf verursachen. Die dadurch entstehenden Krankheitsbilder führen in der Regel zu Behinderungen und oftmals zum Tod. Eine frühe Diagnose und Behandlung können in vielen Fällen ein Überleben ohne Symptome ermöglichen. Beim derzeitigen Neugeborenenscreening werden in Deutschland zwölf der häufigsten Stoffwechselerkrankungen routinemäßig abgetestet - weit über hundert sind aktuell bekannt. Basierend auf einem Referenzdatensatz von 695 Neugeborenenurinspektren, werden in dieser Arbeit mathematische Methoden zur Bestimmung von Toleranzbereichen entwickelt, die eine ungezielte Detektion von Abweichungen ermöglichen, um schwerwiegende Krankheiten wie angeborene Stoffwechselerkrankungen frühzeitig und routinemäßig diagnostizieren zu können. Das Verfahren basiert dabei auf der robusten Ermittlung von Verteilungsfunktionen, Toleranzbereichen und Identifikation von Ausreißern für eindimensionale Stichproben von unbekannten Verteilungen. Mithilfe einer von der Box-Cox-Transformation abgeleiteten Transformationsfamilie, werden die gemessenen Kenngrößen in normalverteilte Stichproben überführt. Für die Bestimmung der optimalen Transformationsparameter wird die Teststatistik des Shapiro-Wilk-Tests auf Normalverteilung der transformierten Stichprobe verwendet. Die Betrachtung verschiedener links- und rechtsseitiger Trimmungen sichert dabei eine robuste Bestimmung, die nicht von Ausreißern innerhalb des Referenzdatensatzes beeinflusst wird. Anhand von Simulationsstudien wird die Leistung dieses Verfahrens an Stichproben mit bekannten Verteilungen ermittelt und demonstriert. Die Anwendbarkeit an abgeleiteten Kenngrößen aus den realen Urinspektren wird zunächst anhand von Metabolitenkonzentrationen gezeigt. Hierfür wurden im Rahmen dieser Arbeit Methoden zur Identifikation und Quantifikation von 22 ausgewählten Metaboliten entwickelt. Für die ungezielte Analyse werden aus den NMR-Spektren abstrakte Kenngrößen abgeleitet, welche die Protonenkonzentrationen in verschiedenen chemischen Verschiebungsbereichen zusammenfassen (sogenannte Bucketierung). Dadurch wird jedes Signal, unabhängig von Molekül oder funktioneller Gruppe, erfasst und ausgewertet. Bei der in dieser Arbeit verwendeten Strategie entstehen dadurch 500 Messwerte pro Spektrum, von denen 479 (96%) in normalverteilte Variablen überführt werden können. Für diese werden schließlich Toleranzbereiche definiert, um Messungen von weiteren Urinproben abzugleichen. Zusätzlich wird ausgehend von den transformierten Variablen eine Möglichkeit dargestellt, auch multivariate Toleranzbereiche auf Basis der Mahalanobisdistanz zu ermitteln, welche die Sensitivität des Tests auf abweichende Signale signifikant erhöht. Anhand einer Spiking-Simulationsstudie mit ca. 500.000 Spektren, bei denen die Signale von elf Verbindungen, die in Zusammenhang mit angeborenen Stoffwechselerkrankungen stehen, numerisch zu den Referenzspektren addiert werden, können Detektionsraten in Abhängigkeit der Konzentrationen dieser Verbindungen ermittelt werden.
Im Rahmen der Sepsis besitzt die Mikrozirkulation und insbesondere die intestinale Mikrozirkulation eine tragende Rolle in Bezug auf Organversagen und septischen Schock und ist somit ausschlaggebend für die Prognose septischer Patienten.
Ziel der Arbeit war es, den antiinflammatorischen Einfluss des TRL4-Antagonisten CRX-526 auf die intestinale Mikrozirkulation bei experimenteller Endotoxinämie zu untersuchen. CRX-526 ist ein Lipid A imitierendes Molekül, welches die Signaltransduktion am TRL4-Rezeptor hemmt.
Für die Untersuchungen ist das Endotoxinmodell genutzt worden. Die Beurteilung der intestinalen Mikrozirkulation erfolgte mittels Intravitalmikroskopie. Der Einsatz von CRX-526 führte zu einer statistisch signifikanten Verbesserung charakteristischer Parameter der intestinalen Mikrozirkulation. Die FCD der Lamina muscularis circularis wurde durch den Einsatz von CRX-526 nach Endotoxinämie signifikant gesteigert (p< 0,05). CRX-526 hatte darüber hinaus einen Einfluss auf die Leukozyten Endothel Interaktionen der septischen Tiere. So ist die Anzahl der adhärenten Leukozyten in den V1- und V3-Venolen nach CRX-526-Gabe signifikant gesunken.
Zusammenfassend zeigt CRX-526 eine antiinflammatorische Wirkung im Endotoxinmodell der Sepsis. In weiteren klinischen Studien sollte diese antiinflammatorische Wirkung und ihr Nutzen für die Therapie septischer Patienten untersucht werden, um eine zusätzliche Möglichkeit für adjunktive Maßnahmen im Rahmen der Sepsistherapie zu finden.
Experience in the construction of optimized stellarators shows the coil system is a significant challenge. The precision necessary allow the generation of accurate flux surfaces in recent experiments affected both cost and schedule negatively. Moreover, recent experiments at Wendelstein 7-X have shown that small field corrections were necessary for the operation of specific desired magnetic configurations. Therefore, robust magnetic configurations in terms of coil geometry and assembly tolerances have a high potential to facilitate swifter and less expensive construction of future, optimized stellarators. We present a new coil optimization technique that is designed to seek out coil configurations that are resilient against 3D coil displacements. This stochastic version of stellarator coil optimization uses the sampling average approach to incorporate an iterative perturbation analysis into the optimization routine. The result is a robust magnetic configuration that simultaneously reproduces the target magnetic field more accurately and leads to a better fusion performing coil configuration.
Foot-and-mouth disease virus (FMDV) is a positive-sense RNA virus of the family Picornaviridae that comprises of seven serotypes and is distinguished by a high contagiosity with the ability of rapid spread. Strategies for abatement and control are based on an early detection, quick initiation of retaliatory actions and mass vaccinations. Therefore, aim of the study was the development of a fast and easy method for genome sequencing as well as an investigation into the causes, why some cell lines that are mainly used for vaccine production, are resistant towards FMDV infection. Finally, adaptive sequence changes in different cell culture systems and associated effects on particle stability and immunogenicity were examined.
In case of an outbreak it is of major importance to detect and rapidly characterize the circulating virus isolate to choose an appropriate vaccine to minimize the viral spread. In addition, comprehensive genome analysis of the outbreak strain provides information about the origin of the virus and allows molecular epidemiology. A universal primer set, covering most parts of the open reading frame of the viral genome, was developed to perform quick sequence analyses, independently of the viral serotype (Paper I). Especially in endemic regions, vaccination of susceptible animal species is the main action to combat foot-and-mouth disease (FMD) in an acute outbreak situation as well as a preventive measure. Reasons, why some baby hamster kidney (BHK) cell lines are resistant towards an infection with FMDV, were examined in a second study that narrowed down the cause for this phenomenon to an impaired attachment of the virus to the cell surface. Furthermore, an alternative approach could be developed to successfully adapt the virus to the resistant vaccine-production cell line by using a FMDV-sensitive “wet-nurse” cell line (Paper II). Adaptive changes in the capsid-coding region of the viral genome caused through cultivation and passaging of the virus in different BHK cell systems were the topics of the third study. It was shown that capsid alterations are rather serotype-specific and dependent on the cell line used than influenced by the cell media. Viral titers and neutralization profiles of the adapted isolates were not affected compared to the original viruses (Paper III).
Overall, this work expanded our knowledge on the control and eradication of FMD and will support the global effort to combat the disease.
This work first sets out to find if economic, ecological, or social incentives drive consumers towards or against dietary decisions (Contribution A). It then develops a framework of TCA for food to describe economically conveyed incentives that are tied to ecological and social indicators within the food market (Contribution B). The framework is subsequently enhanced and broadened to include a deeper understanding and broader field of indicators for more holistic TCA calculations (Contributions C and D). Lastly, based on these calculations, TCA of food is implemented in a factual use case as the framework and calculations are deployed for commodities of a German supermarket chain; then consumer, as well as expert feedback is used for the discussion on socially responsible campaigning and policy change (Contribution E).
To enable control of African swine fever (ASF) in Eastern and Southern Africa, prototype live vaccine candidates were generated by targeted gene deletions from a Kenyan genotype IX ASF virus (ASFV). It was attempted to delete known nonessential genes involved in virulence (encoding TK, dUTPase, CD2v, 9GL), possibly essential genes (p12, pA104R, ribonucleotide reductase), and genes with widely unknown functions (pK145R). Isolation of the desired virus recombinants by plaque assays or limiting dilutions on a wild boar lung cell line (WSL-HP) was facilitated by substitutive reporter gene insertions encoding fluorescent proteins (GFP, DsRed), or the human membrane protein CD4. The latter protein permitted enrichment of recombinant virus particles by magnetic activated cell sorting (MACS). The isolated ASFV recombinants were characterized by PCR and sequencing of the mutated genome parts, and replication kinetics and virus spread in cell culture were investigated. Deletion of TK, CD2v, or pK145R had no detectable effect on in vitro growth of ASFV Kenya. Interestingly, virus mutants lacking the DNA binding protein pA104R which has been considered to be essential for DNA replication, also exhibited almost wild type-like growth properties.
In contrast, ASFV mutants lacking ribonucleotide reductase or p12 could not be purified to homogeneity on WSL-HP cells, indicating these proteins are essential for virus replication in cell culture. Therefore, trans-complementing cells lines stably expressing ASFV p12 have been prepared which can now be used for mutant virus purification. If this approach is successful the resulting defective mutant ASFV Kenya-p12 might be suitable as a safe “disabled in second cycle” (DISC) live vaccine in swine.
In a novel approach to improve reverse genetics of ASFV the CRISPR/Cas9 cell line WSL-gRp30 (Hübner et al., 2018a) was co-transfected with genomic DNA of ASFV-KenyaCD2vDsRed, sgRNA plasmids targeting K145R or 9GL, and GFP-expressing recombination plasmids for homology-directed repair. For booting up of the noninfectious virus genome the cells were infected with phylogenetically distant helper virus (genotype II ASFV Armenia, 84% identity) which was selectively inhibited on the used cell line. The desired double-fluorescent double-deletion mutants could be isolated after few plaque purification steps on selective WSL-gRp30 cells. Next generation sequence (NGS) analyses of reconstituted ASFV Kenya genomes showed that no unwanted recombination with the helper virus occurred, indicating that the method might be also suitable for booting of synthetic ASFV genomes cloned and mutagenized in E. coli or yeast.
The modified CRISPR/Cas9 system of S. pyogenes might be also usable for generation of ASFV resistant pigs. To evaluate this alternative control measure WSL cell clones stably expressing Cas9 nuclease and single or multiple sgRNAs against essential ASFV proteins were prepared and tested for their susceptibility to infection. Strain specific sgRNAs targeting the p30 gene of ASFV Kenya or Armenia selectively inhibited the respective viruses, and a p12 gene-specific sgRNA abrogated replication of both genotypes almost completely. Interestingly, coexpression of four ASFV-specific sgRNAs did not enhance virus inhibition, but might help to reduce the frequency of escape mutants which were occasionally isolated from the single sgRNA-expressing cells, and exhibited silent base substitutions or in-frame deletions within the target genes. First attempts to express the in vitro tested CRISPR/Cas9 constructs in transgenic pigs are in progress.
CRISPR/Cas9 supported rescue of a defective BAC clone of pseudorabies virus (PrV) vaccine strain Bartha (Hübner et al., 2018b) was used to develop putative vectored vaccines against ASFV. In the present study expression cassettes for the codon-optimized p12 and p54 genes of ASFV were successfully inserted into the PrV genome. The insertions did not significantly affect PrV recombination in cell culture, and the transgenes were expressed at similar levels as in ASFV-infected cells. It has to be tested whether coinfection with vector constructs for these and other immunogenic ASFV proteins is able to protect pigs against a lethal challenge.
For characterization of the generated ASFV mutants and PrV vector constructs, monospecific antisera against several ASFV gene products (p11.5, p12, p54, pK145R, p285L) were prepared by immunization of rabbits with bacterial GST fusion proteins. The anti-p12 serum showed only weak and strain-specific reactions with the ASFV Kenya protein, but was nevertheless useful for identification of p12-expressing PrV recombinants and WSL cell lines. All other sera showed satisfying reactions in Western blot and mostly immunofluorescence analyses, and allowed i.a. precise localization of the pK145R and p285L proteins in ASFV-infected cells and virions (Hübner et al., 2019).
Als ein hochwirksamer Mechanismus zur Generierung und Aufrechterhaltung einer lokalen Toleranz des adaptiven Immunsystems wurde die durch inflammatorische Stimuli, wie IFN-gamma, TNF-alpha oder Lipopolysaccharide, induzierbare Enzymaktivität der Indoleamin 2,3- Dioxygenase (IDO) erkannt, welche durch den Abbau der essentiellen Aminosäure Tryptophan die Bildung toxischer/immunregulativer Metabolite (Kynurenine) initiiert, und dadurch adaptive Immunreaktionen durch Bildung eines tolerogenen Milieus am Ort ihrer Expression wirkungsvoll unterdrückt. Das in der Sepsis beobachtete Versagen des Immunsystems wird als Immunparalyse bezeichnet. Darunter wird die anhaltende Hypoinflammation bei persistierender Infektion im septischen Syndrom verstanden. Der funktionelle Immunzelldefekt, durch den die septische Immunparalyse gekennzeichnet ist, scheint maßgeblich für die Mortalität in der hypoimmunen Phase des septischen Syndroms verantwortlich zu sein. Die zuvor genannten Beobachtungen führen zu der Frage, inwieweit eine Steigerung des durch IDO eingeleiteten Kynureninabbauweges im septischen Syndrom beobachtet werden kann, und ob ein Zusammenhang mit dem Schweregrad des Syndroms und damit mit der Pathophysiologie der Sepsis besteht. Die frühzeitigere und richtige Erkennung einer Sepsis bei gefährdeten Patienten würde einen bedeutenden Vorteil bei der erfolgreichen Behandlung gewähren. Ein besseres Verständnis der immunregulativen Mechanismen in der Sepsis könnte von entscheidender Relevanz für die Beeinflussung der mortalitätsdeterminierenden Immunparalyse und damit für die erfolgreiche Behandlung der Sepsis sein. Aus diesem Verständnis ließen sich immunmodulatorische / immunrekonstitutive Therapieansätze ableiten. Zur Bestimmung der Kynureninstoffwechselaktivität bei septischen Patienten wurde eine Methode zur simultanen Messung von Schlüsselmetaboliten dieses Stoffwechsels mittels quantitativer Tandem Massenspektrometrie etabliert. Diese ermöglichte die näherungsweise Bestimmung der IDO Aktivität sowie der Aktivität des durch sie eingeleiteten Stoffwechselweges aus humanen Plasmaproben. Im Rahmen einer klinischen Studie an 100 intensivtherapierten chirurgischen Patienten wurde der Verlauf der Plasmakonzentrationen der Schlüsselmetabolite während des Intensivaufenthaltes gemessen und mit intensivmedizinischen Routinelaborparametern, immunologischen Laborparametern sowie klinischen Parametern und Scores verglichen. In septischen Patienten ist der durch IDO eingeleitete Kynureninabbauweg deutlich aktiviert. Die Aktivierung des Abbauweges erfolgt sehr früh im septischen Syndrom und differenziert in dem untersuchten Patientengut septische von nicht septischen Patienten besser als Procalcitonin (PCT). In einer multivariaten Varianzanalyse konnte ein Zusammenhang besonders hoher Plasmakonzentrationen der Kynurenine mit dem Zustand des septischen Schocks sowie mit dem septischen Nierenversagen nachgewiesen werden. Die plasmatische Akkumulation der Kynurenine in der Niereninsuffizienz wurde im Rahmen einer weiteren Studie an Patienten in verschiedenen Stadien einer Niereninsuffizienz näher untersucht. Ein Anstieg der Plasmakonzentrationen der Kynurenine in Abhängigkeit von der Schwere der Niereninsuffizienz konnte in dieser Studie auch unabhängig von dem Vorliegen einer Sepsis gezeigt werden. Niedrige Tryptophanspiegel im Plasma von kritisch kranken und septischen Patienten sprechen für eine verminderte Verfügbarkeit von Tryptophan für abhängige Stoffwechselwege, wie die Synthese von Indoleaminen und als Substratquelle für den zellulären Energie- stoffwechsel. Die beobachteten Konzentrationen der Kynurenine erreichen Werte, welche in vitro und in vivo im Mausmodell durch eine zytotoxische Wirkung auf natürliche Killerzellen, B-Lymphozyten und insbesondere T-Lymphozyten als immunregulatorisch wirksam nachgewiesen wurden. Es kann somit festgehalten werden, dass bei septischen Patienten ein immunsuppressiver Mechanismus zu einem sehr frühen Zeitpunkt aktiviert wird und eine systemische Ausprägung erfährt, die sich experimentell als hoch wirksam erwiesen hat. Die Beobachtung der erhöhten Konzentrationen der Kynurenine und deren Korrelation mit Indikatoren chronischer Entzündungsprozesse hsCRP (High Sensitivity C Reactive Protein) und sTNFR-1 (Soluble Tumor Necrose Factor Receptor-1) bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz stützen die These sowie neuere Erkenntnisse einer chronischen Inflammation als zugrundeliegenden Pathomechanismus des Nierenversagens. Die vorliegenden Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse über einen immunsuppressiven Mechanismus, welcher in der Sepsis bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt des Syndroms aktiviert wird und eine mögliche Bedeutung für die Entstehung der septischen Immunparalyse sowie des akuten Nierenversagens im septischen Multiorganversagen haben könnte.
This thesis aims to investigate effects of anthropogenic environmental impact on the Richards Bay area. Located on the east coast of South Africa, Richards Bay Harbour evolved into the country’s premier bulk cargo port. The Associated change in land-use and industrial as well as agricultural pollution pose environmental, ecological and human health risks. Here, sedimentological and geochemical investigations focus on the port as final sink for environmental and industrial pollutants, such as metal concentrations, organochlorine pesticides and microplastics.
The study is based on investigations of surface sediment samples from the water-sediment interface to identify spatial distribution patterns, as well as sediment cores to follow temporal changes. Endmember modelling of grainsize distributions, proved to be a viable parameter to distinguish different accumulation spaces and enabled the classification into six harbour sub-basins. Subsequent investigations on the content of microplastics, Polyethylene terephthalate (PET) and Low-density polyethylene (LDPE), showed that these different types of microplastics predominate in two different areas: PET appears to be directly tied to higher populated (tourism) beaches, while LDPE is deposited in low-current sub-basins. Increased metal concentrations link to activities at the bulk cargo berths, where especially Cr and Cu concentrations exceeded the local sediment guideline thresholds. In the areas of high metal concentrations, bioindicators (ostracods, foraminiferas, diatoms) also indicate increased shares of malformed specimens. Multiple recovered sediment cores recorded changes in recent export practices, indicating ceased Cu handling and increased Cr handling over the past decade. Noticing multiple possible influencing factors on elemental distributions, created by the surrounding geological and industrial impact, the usefulness of different normalisers (Al, Fe, Rb, Ti and silt fraction) for Cr, Cu, Co and Pb concentrations was compared and site specific baseline metal concentrations were defined. This identified Al and Rb to be effective normalisers in Richards Bay and Fe or Ti to be affected by local conditions. Data of organochlorine pesticide pollution was gathered in the area of Richards Bay, Goedertrouw Dam and Umlalazi River. The two dominant groups of contaminants detected are dichlorodiphenyltrichloroethanes (ΣDDT, 12 – 350 ng g-1), linked to the use of malaria vector control, and hexachlorocyclohexanes (ΣHCH 35 – 230 ng g-1), an agricultural insecticide. Both indicate recent entry and exceed sediment quality guideline limits, raising concern for local communities and estuarine environments. Seismic data was used to investigate the preindustrial evolution of the incised valley system and bayhead delta at Richards Bay Harbour. A stratigraphically supported development model was created. The thesis shows that harbour sediment is an important sink for inorganic and organic contaminants. Each investigation on environmental pollutants, such as metals, pesticides, microplastics or bioindicator analyses, indicates their deposition in distinct harbour sub-basins. Therefore, their effect can be spatially differentiated and related to plausible sources of pollution. Richards Bay thus represents a variously affected system along the South African coast, in which it is necessary to take environmental protection measures in terms of sustainable and environmentally friendly management.
Hintergrund:
Obwohl die Evidenz der Kompressionstherapie durch knielange Kompressionsstrümpfe mit einem Anpressdruck von 18–21 mmHg für Beinödeme in der Literatur durch viele Studien bestätigt ist, werden immer noch 91 % der PatientInnen durch Kompressionsstrümpfe mit einem höherem Anpressdruck übertherapiert.
Methode:
In dieser prospektiven offenen randomisierten monozentrischen Studie erhielten 19 PatientInnen (Alter ≥ 65, Bewegungsbeschränkungen und symptomatisches Beinödem)knielange Kompressionsstrümpfe mit einem Anpressdruck von 18–21 mmHg (Ccl1) und 23–32 mmHg (Ccl2). An zwei aufeinanderfolgenden Tagen wurde jedes der beiden Kompressionsstrumpfpaare mindestens 8 Stunden lang getragen. Nach dem Trageversuch wurden die Kompressionsstrümpfe subjektiv bewertet und unerwünschte sichtbare Hautveränderungen auf Fotos festgehalten. Zusätzlich wurde vor Studienbeginn und nach jedem Trageversuch der transepidermale Wasserverlust gemessen. Die p-Werte werden mit einem Signifikanzniveau von p≤0,05 (5 %) angegeben.
Ergebnis:
Der Ccl1 Kompressionsstrumpf zeigte einen deutlich besseren Tragekomfort (p = 0,045). Bei Frauen war im Vergleich zu den Männern der Ccl2 Kompressionsstrumpf im vorderen Fußbereich signifikant zu groß (p = 0,044). Die häufigsten Nebenwirkungen waren Einschnürungen am proximalen Unterschenkel (Ccl1 = 73,7% (14/19); Ccl 2 = 78,9% (15/19)). Probanden mit Arthrose (p = 0,006), Hallux valgus (p = 0,034) und / oder Digitus flexus (p = 0,021) fanden die Kompressionsstrümpfe mit einem Anpressdruck von 18–21 mmHg (Ccl1) wesentlich komfortabler.
Diskussion:
Um eine optimale Patientencompliance zu erreichen, wird empfohlen, knielange Kompressionsstrümpfe mit einem Anpressdruck von 18–21 mmHg zu verschreiben, wenn die folgenden Kriterien erfüllt sind: Alter ≥ 65 Jahre, weibliches Geschlecht, Arthrose, Digitus flexus (Krallenzehe) oder Hallux Valgus.
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.
β-chirale Amine, wie zum Beispiel Pregabalin und Baclofen, sind Verbindungen von großem Interesse insbesondere für die pharmazeutische Industrie. Biokatalytische Herstellungsverfahren, vor allem Aminierungsreaktionen, sind bisher nur geringfügig untersucht worden und werden nach aktuellem Wissenstand bis auf die Synthese von Niraparib noch nicht in großtechnischem Maßstab eingesetzt. Wünschenswert ist die Etablierung einer Synthese, welche (S)-Pregabalin bzw. (R)-Baclofen in hohen Ausbeuten liefert, da diese beiden Enantiomere jeweils die höhere biologische Wirksamkeit aufweisen.
Ziel dieser Arbeit war die Synthese von Pregabalin und Baclofen als Modellverbindungen für β-chirale Amine mit Hilfe einer selektiven Amintransaminase oder Amindehydrogenase.
Zunächst wurde erfolgreich mit Hilfe der Gaschromatographie bzw. HPLC jeweils eine chirale Analytik für die beiden Reaktionsprodukte sowie die Baclofen-Derivate etabliert, die stabil reproduzierbar und auch zur Quantifizierung geeignet war. Auch für 3-(4-Chlorphenyl)-4-oxo-buttersäure-t-butylester konnte eine GC-Methode entwickelt werden, die Aufschluss über die Konzentration und den Enantiomerenüberschuss gab.
Die vier zur Verfügung gestellten Amindehydrogenasen konnten erfolgreich exprimiert und mittels IMAC-Methode gereinigt werden. Trotz geringer Aktivitäten in einem photometrischen NADH-Assay konnte jedoch keine Produktbildung nachgewiesen werden. Eine Kollektion von ca. 150 Amintransaminasen wurde bezüglich der Desaminierung von Pregabalin und Baclofen mittels Dünnschichtchromatographie untersucht. In Richtung der Aminierung wurde ein photometrischer Acetophenon-Assay verwendet. Dabei wurden für Pregabalin sechs und für Baclofen 17 potenzielle Kandidaten ermittelt. Besonders vielversprechend war die Variante 3FCR 59W 87L 231A 382M 429A (3FCR_5M), welche 3-(4-Chlorphenyl)-4-oxo-buttersäure-t-butylester als Substrat akzeptierte. Nach der Ermittlung eines geeigneten Aminodonors und Optimierung der Reaktionsbedingungen konnten Umsätze bis zu 90% bei 99%ee (R) mit IMAC-gereinigter 3FCR_5M erzielt werden.
Um Kosten für ein späteres großtechnisches Verfahren einzusparen, sollte die Reaktion ebenfalls für den Einsatz von Zellextrakt optimiert werden. Dabei wurde beobachtet, dass geringere Enantiomerenüberschüsse erzielt wurden als mit dem gereinigten Enzym und der Substratverbrauch höher als die Produktbildung war. Als mögliche Ursachen wurden der Umsatz des Substrats durch ein E. coli eigenes Enzym, beispielsweise eine Aldehydreduktase oder Aldehyddehydrogenase, sowie eine Beeinflussung der Enantioselektivität durch die veränderte chemische Umgebung oder den selektiven Entzug des gewünschten Substrat-Enantiomers durch eine selektive Nebenreaktion hypothetisiert. Dieses Phänomen konnte durch eine vorgeschaltete Reinigung mittels fraktionierender Ammoniumsulfat-Fällung jedoch erfolgreich umgangen werden. Mit dieser Methode konnten vergleichbar hohe Umsätze und Enantiomerenüberschüsse wie mit dem IMAC-gereinigten Enzym erreicht werden.
Bei ersten Vorversuchen zum Up-Scaling der Reaktion wurde festgestellt, dass eine höhere Substratkonzentration nicht einen proportional höheren Umsatz zur Folge hatte, jedoch konnte der Umsatz durch eine versetzte Zugabe der Enzymlösung gesteigert werden, sodass ein Prozess mit diesem Biokatalysator in seiner aktuellen Form eine kontinuierliche Zugabe erfordern würde. Praktikabel wäre einer Verminderung der Substrat-Inhibierung und Erhöhung der Enzymstabilität durch weiteres Protein-Engineering. Auch zur Produktion von 3FCR_5M im größeren Maßstab wurden Experimente vorgenommen. Dabei konnte gezeigt werden, dass eine vielversprechende Expression im Bioreaktor bei einer kontinuierlichen Temperatur von 30°C und einer Expressionsdauer von sieben Stunden. Nach einigen Optimierungsschritten konnte im Bioreaktor die zwanzigfache volumetrische Aktivität im Vergleich zur Expression im Schüttelkolben erzeugt werden.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass in der vorliegenden Arbeit, trotz weiterem Optimierungsbedarf, eine sehr gute Grundlage für die Transaminase-vermittelte Synthese von (R)-Baclofen geschaffen wurde. In zukünftigen Arbeiten sollte die Optimierung der Reaktion in großem Maßstab im Fokus stehen.
Compared to other human pathogens, S. aureus outstands with a remarkably broad spectrum of deseases: from minor skin infections over endocarditis, pneumoniae, and osteomyelitis, to septic shock. The prerequisite is an arsenal of adaptation strategies, encoded in the core and variable genome. It includes the coordinated expression of adhesins and toxins, evasion of the immune system, response to stress and starvation, adaptation of the metabolism, formation of biofilms and capsules, antibiotic resistance, and persistence on the skin, in nasal epithelial cells, and even in the inner of macrophages after phagocytosis. All these adaptation strategies enable S. aureus to colonize a diversity of niches within the human host. The inevitable requirement is the ability to activate the appropriate adaptation strategy at the right time and at the right place. S. aureus overcomes this challenge with a sophisticated regulatory network. This PhD thesis covers a broad spectrum of transcriptional regulators, involved in S. aureus pathogenesis: (1) the quorum sensing system Agr (regulation of early- and late stage virulence factors), (2) the Sar family (regulation of early- and late stage virulence factors), (3) SaeRS (regulation of accessory exotoxins and adhesins), (4) CodY (response to amino acid starvation, including extracellular proteases), (5) Sigma B (general stress response, including virulence factors), (6) Rex (anaerobic energy metabolism), (7) CtsR and HrcA (protein quality control), (8) PerR and Fur (oxidative stress response), and (9) antibiotic resistance. Traditionally, Proteomics constitute the long-lasting reputation of the Institute. In fact, the majority of investigations presented in this PhD thesis was initialized by proteomic analyses as the ultimate starting point. From the first day, a major goal of this PhD thesis was to add regulator-promoter interaction studies to the methodical spectrum. In particular, to complement transcriptomic and proteomic results by answering the logical follow-up question: Which regulator is responsible for the observed changes in gene expression and protein synthesis after application of a specific stimulus?
The first chapter provides specific analyses for three major regulators: Rex, CodY, and SarA. Publications were achieved for Rex (Hecker et al., 2009; Pagels et al., 2010). Results were mainly achieved by establishing regulator-promoter interaction methods (in particular EMSA and “footprinting”). Additionally, this chapter describes method development of a novel easy-to-apply method, named REPA (restriction endonuclease protection assay).
The second chapter presents method development for the genome-wide identification of regulator-promoter interactions, named “global footprinting”. This approach combines two already well-established methods: (A) Purification of a recombinant Strep-tagged regulator via Strep-tag affinity chromatography. The modification in “global footprinting” is to incubate the regulator with fragmented genomic S. aureus DNA, resulting in co-purification and enrichment of DNA streches with specific regulator binding sites. (B) Identification and quantification of these DNA streches via “next generation sequencing” (NGS). Using this combined approach, this PhD thesis was able to localize the most affine promoter binding site for the regulator Rex precisely down to one single base pair across the whole S. aureus genome.
The third chapter describes the assembly of a data library, collecting the majority of DNA microarray data and regulator-promoter interaction studies from the worldwide literature. This data library summarizes more than 50,000 regulatory events and more than 2,000 regulator binding sites. As published in the perspectives in Fuchs et al. (2018), this data library can be incorporated into the free-accessible online data base “Aureowiki” (provided and maintained by the Department of Functional Genomics, University of Greifswald). The major effort is the consolidation of these “big data” via in silico cluster analysis, comparing 282 different experimental conditions at once. The major finding of this analysis is the identification of seven functional and regulatory gene clusters in S. aureus pathogenesis that are conserved across S. aureus strain diversity. These findings allowed the creation of a prediction tool, to provide novel experimental starting points for the worldwide S. aureus research community. This prediction tool was successfully applied on several topics, and partially published: functional and regulatory prediction for a set of 20 selected lipoproteins as potential virulence factors (Graf et al., 2018), and prediciton of protein complexes (Liang et al., 2016).
Alltogether, this PhD thesis provides new insights into the molecular mechanisms of three pathogenesis-relevant regulators: Rex, CodY, and SarA. It describes the development of three novel experimental methods for wet and dry lab applications that can be used on research topics beyond S. aureus: REPA, “global footprinting”, and cluster analysis. Finally, cluster analysis identifies seven conserved fuctional and regulatory gene clusters, involved in S. aureus pathogenesis. This cluster anaysis is used as a prediction tool to provide novel experimental starting points, and to predict the physiological mode of action of newly discovered anti-staphylococcal agents.
In many industrial sectors biotechnological production processes have replaced pure chemical methods and allowed new, ecologically friendly and enzyme-based processes. Microorganisms, such as modified Bacillus strains are used in particular for the industrial enzyme synthesis. The two organisms Bacillus licheniformis and Bacillus pumilus are of great industrial importance. B. licheniformis is able to secrete proteins in large amounts, while B. pumilus shows high resistance to oxidative stress. During production processes different conditions can occur that affect the physiology of the production hosts and may result in a quantitative, but also a qualitative impairment of the products. This influence is based on e.g. chemical processes, the setting of temperature, pH, or oxygen availability and can lead to various stress situations for the bacteria. Cells respond to changes in their environment by sensing stressors and initiate a response to the stress, which is usually implemented by an induction or derepression of various regulons. In order to conduct an optimal production process, the metabolism and stress responses of the utilized bacteria should be known exactly. The aim of this study was to analyze of the stress response of B. licheniformis to heat and salt stress, and the stress response of B. licheniformis and B. pumilus to oxidative stress. These analyses were performed at the level of transcriptomics using cDNA microarrays, which is the most direct and global method for the analysis of changes in the physiology of a cell. The identification of stress specific markers genes and their differentiation from the SigB regulated general stress response has been another purpose of this work. Knowledge of these marker genes enables a prompt analysis of the fermentation conditions and thus a possible optimization of the process. The transcriptome analyses of this work show that B. licheniformis responds to heat stress by the induction of heat shock genes belonging to different regulons. These include the htpG gene, the HrcA regulon or the CtsR regulon, encoding chaperones and proteases, which mainly contribute to the protein quality control. The heat stress response of B. licheniformis revealed no fundamental differences to the heat stress response of the Gram-positive model organism Bacillus subtilis. The general stress response (SigB regulon), which is activated by heat stress, could be analyzed in more detail by the study of a ΔsigB mutant of B. licheniformis. Salt stress also provokes a strong induction of the general stress response in B. licheniformis. Genes for the transport and synthesis of compatible solutes were strongly induced, as well as several genes for transport systems with more or less known functions. The synthesis of the osmoprotective metabolites proline and glycine betaine could be verified in more detail by a metabolomics approach. The response to oxidative stress showed differences between both B. licheniformis and B. pumilus, and also to the oxidative stress response of B. subtilis. In B. licheniformis, the genes of the glyoxylate cycle are induced during oxidative stress. An activation of the glyoxylate bypass under oxidative conditions could be confirmed by a metabolome analysis of B. licheniformis. In addition, the PerR regulon of B. licheniformis is extended to include another two genes compared to B. subtilis. In contrast, several genes of the PerR regulon lack in the genome of B. pumilus, such as katA (vegetative catalase) or ahpCF (alkyl hydroperoxide reductase). However, other genes were induced in B. pumilus that were upregulated under oxidative stress conditions neither in B. subtilis nor in B. licheniformis. In addition, known regulons, regulated by e.g. Spx, CtsR or SOS were induced in both organisms. In summary, this dissertation transcriptionally analyzes the stress responses of B. licheniformis to heat, salt and oxidative stress, and in addition the oxidative stress response of B. pumilus. Several stress-specific regulons were identified in both, B. pumilus and B. licheniformis, which also correspond to the stress response of B. subtilis. However, it was possible to additionally assign genes to the stress specific responses of both organisms and to find differences, such as the absence of parts of the PerR regulon of B. pumilus, or the activation of the glyoxylate pathway in B. licheniformis during oxidative stress.
Tidal flats represent the transition zone between the terrestrial and marine realm. They are subject to pronounced dynamics due to distinct tidal and seasonal variations of physical, chemical, and biological parameters significantly influencing redox-sensitive element cycles. Thus, redox-sensitive trace metals may be suitable indicators for variations in bioproductivity and microbial activity. Therefore, seasonal and tidal dynamics of manganese, iron, molybdenum, uranium, and vanadium were studied in the water column and sediments of tidal systems of the German Wadden Sea (southern North Sea) in the years 2007 to 2009 involving also previously analysed data from year 2002. To demonstrate the response of the trace metal cycles on phytoplankton blooms and enhanced biological activity time series data of nutrients and phytoplankton dynamics were also involved in this study. Pronounced cycling is seen for pelagic manganese revealing distinctly higher values during low tide. Complex seasonal cycling showing maxima of dissolved manganese in spring and late summer and a depletion period in early summer is caused by benthic-pelagic coupling and reflection of exhaustion and replenishing periods in the surface sediments. Vanadium dynamics are coupled to the manganese cycling due to vanadium scavenging and release during manganese oxide formation and reduction, respectively. Molybdenum and uranium behave almost conservatively following changes in salinity and thus, being slightly enhanced during high tide. Deviations from conservative behaviour are found to occur during breakdowns of summer phytoplankton blooms. In the following, significant enrichments of manganese, molybdenum, iron, and uranium are observed in the shallow pore waters. These coherences are assumed to be caused by a tight coupling of geochemical, biological, and sedimentological processes. Intense release of organic matter during the breakdowns of algae blooms leads together with enhanced bacterial activity in summer to the formation of organic- and trace metal-rich aggregates which are deposited and incorporated into the tidal surface sediments. Microbial decomposition of the aggregates and corresponding shifts in redox-conditions effect a release of dissolved trace metals into the pore water. Subsequently, the trace metals are fixed in the sediment as sulphides, adsorbed to organic compounds or released to the overlying bottom water. Furthermore, two tidal systems, one from the East Frisian and one from the North Frisian Wadden Sea are compared. Although, both areas show different hydrodynamical, sedimentological, and ecological conditions similar manganese dynamics are observed implying that this is a common behaviour in the entire Wadden Sea. However, distinct quantitative differences appear showing a 6-fold higher level of dissolved manganese in the water column of the East Frisian area. This is explained by a higher manganese release from tidal flat sediments and a larger sediment area/water volume ratio compared to the North Frisian area. Detailed time-series data of the nutrients phosphate, silica, and nitrite+nitrate are used to verify model simulations and to calculate nutrient export budgets considering tidal and seasonal variations. The model results imply an export of nutrients from the tidal flats into the open waters of the German Bight which is in the same order of magnitude as the combined discharge of the rivers Elbe, Weser, and Ems. To investigate the importance of the Wadden Sea as a potential manganese source for the North Sea, transects were carried out into several tidal flat areas of the North Frisian Wadden Sea. The results suggest that the North Frisian Wadden Sea is a less important source for dissolved manganese compared to the East Frisian area. In contrary, the export of particulate manganese seems to be more important showing distinctly higher concentrations in the North Frisian study areas in summer. The influence of sediment permeability and bioturbation on trace metal budgets of the pore waters are investigated in natural and experimentally manipulated tidal flat sediments. Advective pore water transport in highly permeable sandy sediments and bioturbation promote exchange processes at the sediment/water interface probably leading to reduced nutrient and trace metal enrichments in the shallow pore waters. Furthermore, the penetration of oxygen into deeper sediment layers induces a release of sulphidic bound molybdenum to the pore water. During laboratory experiments with natural anoxic sediments an effective oxidative molybdenum release is determined during resuspension of the sediments in oxic seawater. Thus, pronounced sediment resuspension during storm events is suggested to cause significant release of molybdate from displaced anoxic sediment components thereby enhancing the molybdate level of the open water column. In addition to the examination of recent biogeochemical processes, the paleo-environmental influence on geochemical and microbiological processes in Holocene and Pleistocene sediments of the East Frisian study area were analysed in an interdisciplinary study. It is found that the microbial abundance and activity are higher in the Holocene than in the Pleistocene sediments. However, this is mainly caused by present environmental conditions. The impact of the paleo-environment on the microbiology is less pronounced. The lithological succession affects hydrological processes which enable the transfer of electron donors and acceptors for present early diagenetic processes into deep sediment layers. The paleo-environmental imprint is still detectable but the modern biogeochemical processes dominate in the sediment-pore water system.
Being the victim of traumatizing events has consequences that can lead to wellknown mental disorders, such as depression. However, newest studies show that these events do not only affect the victims’ behavior, but also the expression levels of specific genes in their blood and in their brain. Latest research discovered little pieces of RNA in the cells that were long thought to be genetic junk. Nevertheless, these so-called miRNAs can regulate the expression of multiple genes, thus modulating metabolism and cell functioning. The aim of this study was to see if childhood traumatization led to a set of differentially expressed miRNA profiles in the peripheral blood. For this, we used subjects from the SHIP trend cohort, who had previously answered various questionnaires, among them the Childhood Trauma Questionnaire and the Patients Health Questionnaire-9 and analyzed the miRNAs in their blood to find out whether there was an association between the score and the dysregulation of certain miRNAs. Furthermore, we selected 5 different independent variables: PHQ-trend, CTQ score, as well as its subscales Abuse and Neglect, and Major Depressive Disorder lifetime prevalence. The analyses showed a set of up- or downregulated miRNAs in the blood. In a second step, we tried to replicate our results comparing them to results in the literature. Some of the significantly dysregulated miRNAs had previously been described as key players in the pathogenesis of MDD, a few even displaying similar results to ours. The next step was to see if the significant miRNAs had common target genes and if these had been described in the literature as having an influence on MDD, showing positive results. One last step was to see if there were also common biological pathways that were modulated by the differentially expressed miRNA. This analysis did not show promising results since there were almost no brain pathways among the results. For future studies, it will be necessary to validate our results using a clinical sample, such as GANI_MED, where the prevalence of childhood traumatization, as well as MDD, is much higher. By doing this, new possibilities of trauma treatment through modulation of epigenetic pathways could arise. If childhood traumatization leads to a set of dysregulated miRNAs that can end in a positive diagnosis of MDD in adulthood, what effects could have a targeted miRNA therapy on the pathogenesis of these psychiatric disorders?
Transition wird bezeichnet als zielgerichteter, geplanter Wechsel der Kinder und Jugendlichen mit chronischen Erkrankungen von dem kindzentrierten zum erwachsenenzentrierten Gesundheitssystem (Blum et al., 1993). Transition soll ein strukturierter, gut implementierter, geplanter und absichtsvoller Prozess sein, welcher die Jugendlichen mit chronischen Erkrankungen, ihre Eltern und die involvierten Gesundheitsexpert*innen befähigt, den Wechsel von der Pädiatrie zur Erwach¬senen¬medizin erfolgreich abzuschließen (Blum et al., 1993; Huang et al., 2014; Kennedy et al., 2007).
Es ist notwendig den Prozess der Transition an die individuellen Bedürfnisse der Jugendlichen anzupassen und somit deren Unterstützung flexibler zu gestalten zu können, um dies zu erreichen, werden entsprechende Instrumente zur Erfassung von Konstrukten in der Transition benötigt. Von besonderem Interesse ist die Transitionsbereitschaft von Jugendlichen mit chronischen Erkrankungen.
Um die individuelle Bereitschaft zur Transition eines Jugendlichen mit chronischer Erkrankung feststellen zu können, fehlen zudem änderungssensitive Instrumente, die zugleich auch allgemein anwendbar sind, sodass eine Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Erkrankungen bzw. Versorgungsbereichen ermöglicht wird. Von diesem methodischen Defizit der Transitionsforschung ausgehend werden in der vorliegenden Arbeit folgende Konstrukte sowie deren Operationalisierung und Erfassung im Kontext der Transition psychometrisch genauer analysiert: gesundheitsbezogene und krankheitsspezifische Lebensqualität, Versorgungszufriedenheit, Transitionskompetenz, Patientenaktivierung und Patienten-empowerment.
Zusammenfassend zeigt sich, dass die Konstrukte krankheitsspezifische Lebens-qualität, Versorgungszufriedenheit, Transitionskompetenz, Patientenaktivierung und Patienten¬empowerment zur Erfassung von transitionsbezogenen Veränderungen bei Jugendlichen mit chronischen Erkrankungen geeignet sind. Lediglich die Erfassung die gesundheitsbezogene Lebensqualität sollte für zukünftige Studien geprüft werden.
Im proximalen Nierentubulus ist SLC2A9 ein bedeutender Bestandteil des „Harnsäure-Transportosoms“, welches ein funktionelles Netzwerk von Aufnahme- und Effluxtransportern der Harnsäure darstellt. Unter diesen sind auch bekannte Arzneimitteltransporter, die zu den Transporter-Familien SLC22A und SLC17A sowie der ATP-abhängigen ABCTransporter-Familie ABC gehören. Ebenso ist SLC2A9 Bestandteil dieses Transporter-Netzwerkes. Es ist wenig darüber bekannt, wie der transzelluläre Transport der Harnsäure koordiniert wird. Ein möglicher Mechanismus wäre die koordinierte transkriptionelle Regulation der Transporter-Expression über einen gemeinsamen Transkriptionsfaktor bzw. Modulator. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Regulation der Genexpression von SLC2A9, einem Faktor der Harnsäure-Homöostase, zu charakterisieren. Außerdem sollte überprüft werden, ob sich unter den identifizierten SLC2A9-regulierenden Transkriptionsfaktoren solche befinden, die auch als Modulatoren des „Harnsäure-Transportosoms“ in Frage kämen.
Myokardiale Erkrankungen gehören zu den häufigsten Todesursachen. Das Verständnis der molekularen, patho-physiologischen Ereignisse ist somit entscheidend für die Suche nach geeigneten Therapien. Um einen Einblick in zelluläre Ereignisse der kardialen Erkrankungen zu erhalten, sollten in der hier vorgelegten Arbeit Genexpressionsanalysen unter Verwendung von DNA-Mikroarrays durchgeführt werden. Den Schwerpunkt dieser Arbeit bildete die Charakterisierung der Immunadsorptionstherapie (IA/IgG-Therapie), die eine Therapieoption der dilatativen Kardiomyopathie (DCM) darstellt. Anhand von Genexpressionsanalysen immunadsorbierter Patienten sollte der Therapieeffekt analysiert werden. Dafür wurde zunächst die Etablierung eines Protokolls zur Isolation von Protein und RNA aus humanen endomyokardialen Biopsien von DCM-Patienten nötig. Um die mit der Therapie verbundenen Genexpressionsänderungen einordnen zu können, sollte zunächst das Genexpressionsmuster von 47 DCM-Patienten mit Patienten ohne Einschränkung der Pumpfunktion (Kontrollen) verglichen und mittels Real-time PCR validiert werden. Die Betrachtung dieser DCM-Patienten und Patienten, die eine normale Pumpfunktion aufwiesen, ergab 649 Gene mit krankheitsbedingt veränderter Expression. Zu diesen gehören neben bekannten Herzinsuffizienz-Markern (BNP, ANP, MYH6) Gene, die Proteine des Protein-Ubiquitinylierungssystem kodieren oder an der Ausprägung von Hypoxie und Fibrose (Connective tissue growth factor) beteiligt sind und auf eine Dysregulation des Proteinabbaus, erhöhten oxidativen Stress und Matrix-Remodeling hinweisen. Darüber hinaus ist aufgrund der geringeren Expression von Genen, die der oxidativen Phosphorylierung und Glykolyse zuzuordnen sind, von einer Energielimitation in DCM-Patienten auszugehen. Unter Berücksichtigung von verschiedenen klinischen Parametern bestand weiterhin die Aufgabe, den Einfluss dieser Parameter auf die Genexpression zu klären. Während wenig Korrelationen zu Body-Mass-Index (BMI), Alter und Krankheitszeitraum auftrat, wurde eine Häufung von Genen festgestellt, deren Expression zur LVEF und LVIDd korreliert. Gene, die Regulatoren mit myokardialer Funktion kodieren (ADRA1A, ADRB2, PLN, RYR2), zeigten gleichzeitig Korrelationen zur LVEF und dem LVIDd (p<0,05). Darüber hinaus sollte das Genexpressionsprofil von Patienten, die von der IA/IgG-Therapie profitieren (Responder) mit den Patienten ohne Therapieerfolg (Nonresponder) vor und 6 Monate nach der IA/IgG-Therapie verglichen werden. In der Subgruppe der Responder wurde für 171 Gene eine signifikant unterschiedliche Expression bestimmt, während die Zahl der durch die Therapie in ihrer Expressionshöhe betroffenen Gene in Nonrespondern mit 72 wesentlich geringer ausfiel. Gene, die sowohl in Respondern nach Therapie als auch krankheitsbedingt verändert waren, konnten kaum beobachtet werden, so dass andere Mechanismen für den Therapieeffekt verantwortlich sein müssen. Neben einer geringeren Expression des ACE2 wurde auch eine Abnahme Fibrose-assoziierter Gene wie CTGF, Fibronectin und Collagen 1A2 in Respondern nach IA/IgG-Therapie beobachtet. Zudem war eine signifikante LVIDd-Abnahme in Respondern zu verzeichnen, die in Nonrespondern nicht zu erkennen war. In Nonrespondern wurde nach IA/IgG-Therapie dagegen die verminderte Expression einiger Komplementfaktoren beobachtet. Zudem bestand die Aufgabe in der Suche nach Genexpressionsänderungen immunadsorbierter DCM-Patienten, die mit der Änderung klinischer Parameter korrelieren. Weiterhin sollte im Rahmen dieser Arbeit eine beschreibende Signatur definiert werden, die eine Vorhersage des Therapieerfolges für den individuellen DCM-Patienten vor Durchführung der IA/IgG-Therapie ermöglicht. Unter Verwendung des Resamplings (Crossvalidierung) wurde mit Hilfe einer Support Vector Machine eine Signatur von 25 Genen definiert, die eine Klassifizierung der Subgruppen mit einer Fehlerrate von 3,7% erlaubt. Die in Abhängigkeit verschiedener, myokardialer Parameter gezeigten Genexpressionsunterschiede in DCM-Patienten spiegeln die Dynamik der Erkrankung wider. Der Einfluss der IA/IgG-Therapie auf die Genexpression von Patienten, die an der DCM erkrankt sind, betrifft eine Vielzahl von Genen verschiedener Kategorien. Korrelationsanalysen zeigen, dass ein Zusammenhang zwischen Genexpressionsänderung und den Änderungen der Parameter LVEF, LVIDd und Inflammation bestehen. Mit der Definition von Patienten, die von der IA/IgG-Therapie profitieren, wurden auch Unterschiede bezüglich klinischer Parameter (LVIDd, Zeitraum der Erkrankung) deutlich, die zum Verständnis der hier dargestellten Genexpressionsunterschiede beitragen. Die generierten Daten bieten neben dem besseren Verständnis der im Myokard ablaufenden Prozesse eine Reihe von Ansatzpunkten für weitere Untersuchungen, wie zum Beispiel zur Rolle des IGF-1-Signalweges oder des Protein-Ubiquitinylierungssystems bei der Ausprägung der DCM, die auch zu neuen Therapieansätzen beitragen können.
1. The study confirms an association between transverse arch dimensions and severity of ankyloglossia, which reflects relationship between molar difference and free tongue. 2. Molar difference in group A (complete and severe ankyloglossia cases) has high negative values (average -4.38) which was much smaller than the data from the literature concerning many different types of occlusion. 99 3. The exact relation between transverse arch dimension and severity of ankyloglossia needs further research.
The confinement of energy has always been a challenge in magnetic confinement fusion devices. Due to their toroidal shape there exist regions of high and low magnetic field, so that the particles are divided into two classes - trapped ones that are periodically reflected in regions of high magnetic field with a characteristic frequency, and passing particles, whose parallel velocity is high enough that they largely follow a magnetic field line around the torus without being reflected. The radial drift that a particle experiences due to the field inhomogeneity depends strongly on its position, and the net drift therefore depends on the path taken by the particle. While the radial drift is close to zero for passing particles, trapped particles experience a finite radial net drift and are therefore lost in classical stellarators. These losses are described by the so-called neoclassical transport theory. Recent optimised stellarator geometries, however, in which the trapped particles precess around the torus poloidally and do not experience any net drift, promise to reduce the neoclassical transport down to the level of tokamaks. In these optimised stellarators, the neoclassical transport becomes small enough so that turbulent transport may limit the confinement instead. The turbulence is driven by small-scale-instabilities, which tap the free energy of density or temperature gradients in the plasma. Some of these instabilities are driven by the trapped particles and therefore depend strongly on the magnetic geometry, so the question arises how the optimisation affects the stability. In this thesis, collisionless electrostatic microinstabilities are studied both analytically and numerically. Magnetic configurations where the action integral of trapped-particle bounce motion, J, only depends on the radial position in the plasma and where its maximum is in the plasma centre, so-called maximum-J configurations, are of special interest. This condition can be achieved approximately in quasi-isodynamic stellarators, for example Wendelstein 7-X. In such configurations the precessional drift of the trapped particles is in the opposite direction from the direction of propagation of drift waves. Instabilities that are driven by the trapped particles usually rely on a resonance between these two frequencies. Here it is shown analytically by analysing the electrostatic energy transfer between the particles and the instability that, thanks to the absence of the resonance, a particle species draws energy from the mode if the frequency of the mode is well below the charateristic bounce frequency. Due to the low electron mass and the fast bounce motion, electrons are almost always found to be stabilising. Most of the trapped-particle instabilities are therefore predicted to be absent in maximum- J configurations in large parts of parameter space. Analytical theory thus predicts enhanced linear stability of trapped-particle modes in quasi-isodynamic stellarators compared with tokamaks. Moreover, since the electrons are expected to be stabilising, or at least less destabilising, for all instabilities whose frequency lies below the trapped-electron bounce frequency, other modes might benefit from the enhanced stability as well. In reality, however, stellarators are never perfectly quasi-isodynamic, and the question thus arises whether they still benefit from enhanced stability. Here the stability properties of Wendelstein 7-X and a more quasi-isodynamic configuration, QIPC, are investigated numerically and compared with another, non-quasiisodynamic stellarator, the National Compact Stellarator Experiment (NCSX) and a typical tokamak. In gyrokinetic simulations, performed with the gyrokinetic code GENE in the electrostatic and collisionless approximation, several microinstabilities, driven by the density as well as both ion and electron temperature gradients, are studied. Wendelstein 7-X and QIPC exhibit significantly reduced growth rates for all simulations that include kinetic electrons, and the latter are indeed found to be stabilising when the electrostatic energy transfer is analysed. In contrast, if only the ions are treated kinetically but the electrons are taken to be in thermodynamic equilibrium, no such stabilising effect is observed. These results suggest that imperfectly optimised stellarators can retain most of the stabilising properties predicted for perfect maximum-J configurations. Quasi-isodynamic stellarators, in addition to having reduced neoclassical transport, might therefore also show reduced turbulent transport, at least in certain regions of parameter space.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Zusammenhang zwischen Kriegserlebnissen und der Prävalenz posttraumatischer Symptomatik von ehemaligen deutschen Schülersoldaten und HJ-Angehörigen, die während des Zweiten Weltkrieges im Einsatz waren, untersucht. Zusätzlich sollte die heutige Lebensqualität sowie das Kohärenzgefühl der Betroffenen im Vergleich zu einer altersentsprechenden Referenzgruppe überprüft werden. Die Stichprobe setzte sich aus 103 Probanden zusammen. Neben der Erhebung soziodemographischer Daten kamen verschiedene Selbstbeurteilungsverfahren aus dem testpsychologischen Bereich zum Einsatz. Angaben zu den eigenen Kriegserlebnissen und der heutigen Belastung durch posttraumatische Symptome wurden mithilfe der mPDS erfasst. Die Erhebung der Lebensqualität und des Kohärenzgefühls erfolgte mit dem SF-12 Fragebogen zum Gesundheitszustand bzw. dem SOC-Fragebogen. Zusätzlich wurden zwei qualitative Fragen in Hinblick auf damalige Ressourcen gestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass trotz des berichteten hohen Ausmaßes an Traumatisierung lediglich zwei Studienteilnehmer zum Zeitpunkt der Untersuchung die vollständigen Symptome für eine Posttraumatische Belastungsstörung aufweisen. Im Vergleich zu einer altersentsprechenden Referenzgruppe bestand hinsichtlich der gesundheitsbezogenen Lebensqualität kein signifikanter Unterschied. Bezüglich des Kohärenzgefühls erreichte die untersuchte Stichprobe hochsignifikant höhere Werte für die Gesamtskala und die Subskalen als die Vergleichsstichprobe. Die Antworten auf die offen gestellten Fragen zu damaligen Hilfen bzw. möglichen positiven Aspekten verweisen einerseits auf die große Bedeutung der der sozialen Unterstützung durch Kameraden und Vorgesetzte beigemessen wird; bezüglich eigener, hoffnungsgenerierender Kognitionen in der Kriegssituation wurden retrospektiv sowohl der „Glaube an den Endsieg“ als auch das „Hoffen auf das Kriegsende“ nahezu gleichwertig genannt. Zu den positiven Seiten der Zeit als minderjähriger Soldat zählten die Studienteilnehmer vor allem das Sammeln von Lebenserfahrung sowie das Erlernen von Selbstständigkeit. Zusammenfassend konnte die durchgeführte Untersuchung das hohe Ausmaß an erlebter Traumatisierung, dem auch deutsche Kindersoldaten des Zweiten Weltkrieges ausgesetzt waren, belegen. Die sehr hohe Teilnehmerzahl verweist auf die (überdauernde) Bedeutung für die ehemaligen minderjährigen Soldaten, auch wenn eine heutige Belastung im Sinne einer psychischen Störung nicht vorliegt. Weiterhin konnte die vorliegende Studie trotz des hohen Grades an potentiell traumatisierenden Erlebnissen keine aktuelle Minderung der Lebensqualität bei den Betroffenen feststellen. Ein möglicher protektiver Faktor könnte das hoch ausgeprägte Kohärenzgefühl bei den Studienteilnehmern sein.
Die Hauptaufgabe dieser Untersuchung bestand in der Beantwortung der Frage, ob langzeitinhaftierte Sexualstraftäter in Europa den Haftalltag belastender erleben als das Gewaltstraftäterpendant. Dabei lag ein Hauptaugenmerk auf dem etwaigen Vorhandensein hierarchischer Strukturen innerhalb einer Haftanstalt, unter deren Annahme Sexualstraftäter einen diesbezüglich niedrigeren sozialen Stand im Vergleich zu mitgefangenen Gewaltstraftätern haben. Zur Untersuchung wurden die Kenngrößen Traumatisierung, Gewalterfahrung, Haftatmosphäre, Sicherheitsempfinden, Fälle von Übergriffen und Suizide, sowie soziale Kontakte extrahiert. Aus der Grundgesamtheit von N = 1055 europäischen Langzeitstrafgefangenen wurden n = 670 Gewaltstraftäter und n = 147 Sexualstraftäter ermittelt. Als ein Hauptergebnis dieser Untersuchung konnte gezeigt werden, dass europäische langzeitinhaftierte Sexual- und Gewaltstraftäter eine, bezüglich Traumatisierung, hoch belastete Population darstellen. Im Konkreten ergab sich ein Verhältnis, das bei neun von zehn Betroffenen lag. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Art der (früh-) kindlichen Traumatisierung einen signifikanten Einfluss auf die im späteren Leben verurteilte Straftat hat. Es ergab sich, dass Sexualstraftäter signifikant häufiger Opfer sexuell-motivierter Übergriffe waren, wohingegen Gewaltstraftäter signifikant häufiger Opfer physischer Gewalt geworden waren. Keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen ergaben sich für die Kenngröße Suizide, Bedrohungserleben und hierarchische Position. Teilweise Bestätigung erfuhren die Kennwerte Unsicherheitserleben, Übergriffe und soziale Kontakte. Es konnte hier eine partiell signifikante Unterscheidung in der Form gefunden wurde, als dass die Subgruppe der Sexualstraftäter im Vergleich mit Gewaltstraftätern, benachteiligt ist.
Im Zeitraum von September 1997 bis Dezember 2008 wurden 3809 Patienten erfasst, die im Rahmen des klinikinternen Polytrauma-Algorithmus eine CT-Untersuchung erhielten. Bei 95 Patienten wurde der Verdacht auf eine Darm- und Mesenterialverletzung geäußert, diese Patienten wurden in die Studie eingeschlossen. Im klinischen Verlauf wurden 55 Patienten operiert, 40 Patienten wurden nicht operiert. Die initialen CT-Untersuchungen wurden retrospektiv unter dem Aspekt der in der Literatur genannten Zeichen einer DMV ausgewertet und die Treffgenauigkeit der CT-Zeichen in Bezug auf die Unterscheidung von operationspflichtigen und konservativ therapierbaren Verletzungen bestimmt. Freie Flüssigkeit ist dabei das einzige CT-Zeichen mit einer hohen Sensitivität (96%). Spezifische CT-Zeichen für eine operationspflichtige DMV sind extraluminale Luft (98%), mesenterialer Kontrastmittelaustritt (90%),pathologisches Darmwand-Enhancement (100%) und der Abbruch von Mesenterialgefäßen (97%). Diese Zeichen sind jedoch insgesamt selten nachweisbar. Es konnte kein CT-Zeichen identifiziert werden, das zugleich sensitiv und spezifisch ist. Es konnte keine Befundkombination identifiziert werden, die eine höhere Sensitivität oder Spezifität als die einzelnen CT-Zeichen aufweist. Patienten mit operationspflichtiger DMV haben signifikant mehr positive CT-Zeichen als die konservativ therapierten Patienten der Vergleichsgruppe. Der Verdacht auf eine operationspflichtige Darm- und Mesenterialverletzung kann geäußert werden, wenn in der initialen CT-Untersuchung eines der spezifischen CT-Zeichen oder mehr als 3 positive CT-Zeichen nachweisbar sind.
Trinkwasser ist das wichtigste Lebensmittel und weltweit unersetzlich. Doch auch in der heutigen Zeit rangieren trinkwasserbedingte Infektionen mit hoher Bedeutung am internationalen Infektionsgeschehen (eine Milliarde Erkrankungen und drei Millionen Todesfälle pro Jahr). In Mitteleuropa spielen im Krankenhausbereich vor allem mikrobiologische Kontaminanten (vor allem Legionella spp. und Pseudomonas aeruginosa) eine bedeutende Rolle. Diese werden vor allem durch bautechnische (fehlerhafte Verteilungssysteme) und betriebstechnische (z.B. ungenügende Warmwasserbereitung) Missstände forciert. Die WHO (World Health Organization) empfiehl deshalb für Krankenhäuser und Gesundheitszentren die Etablierung eines WSP (Water Safety Plan) auf Basis des HACCP-Konzepts (Hazard Analyses Critical Control Points). Dieser soll die Trinkwasserqualität nicht nur durch mikrobiologische Untersuchungen gewährleisten. Bereits die Wasseraufbereitung, -Verteilung und -nutzung wird kritisch beurteilt, um Gefahren für die mikrobiologische und chemische Qualität weitestgehend zu eliminieren. Die vorliegende Arbeit erarbeitet wichtige Pathogene, die im Zusammenhang mit trinkwasserbedingten Infektionen stehen, und gibt Möglichkeiten der Kontamination und der Desinfektion von Trinkwasser. Darauf aufbauend wird ein WSP am Beispiel des Universitätsklinikums Greifswald formuliert.Trinkwasser ist das wichtigste Lebensmittel und weltweit unersetzlich. Doch auch in der heutigen Zeit rangieren trinkwasserbedingte Infektionen mit hoher Bedeutung am internationalen Infektionsgeschehen (eine Milliarde Erkrankungen und drei Millionen Todesfälle pro Jahr). In Mitteleuropa spielen im Krankenhausbereich vor allem mikrobiologische Kontaminanten (vor allem Legionella spp. und Pseudomonas aeruginosa) eine bedeutende Rolle. Diese werden vor allem durch bautechnische (fehlerhafte Verteilungssysteme) und betriebstechnische (z.B. ungenügende Warmwasserbereitung) Missstände forciert. Die WHO (World Health Organization) empfiehl deshalb für Krankenhäuser und Gesundheitszentren die Etablierung eines WSP (Water Safety Plan) auf Basis des HACCP-Konzepts (Hazard Analyses Critical Control Points). Dieser soll die Trinkwasserqualität nicht nur durch mikrobiologische Untersuchungen gewährleisten. Bereits die Wasseraufbereitung, -Verteilung und -nutzung wird kritisch beurteilt, um Gefahren für die mikrobiologische und chemische Qualität weitestgehend zu eliminieren. Die vorliegende Arbeit erarbeitet wichtige Pathogene, die im Zusammenhang mit trinkwasserbedingten Infektionen stehen, und gibt Möglichkeiten der Kontamination und der Desinfektion von Trinkwasser. Darauf aufbauend wird ein WSP am Beispiel des Universitätsklinikums Greifswald formuliert.
Tränenfilmosmolarität und Zytomorphologie der Augenoberfläche bei medikamentöser Glaukomtherapie
(2019)
Zusammenfassung
Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, Einblick in die pathologischen Veränderungen objektiver Funktionsparameter von Tränenfilm und Augenoberfläche bei Glaukompatienten mit augeninnendrucksenkender medikamentöser Langzeittherapie zu erhalten. Es sollte geprüft werden, ob es eine Übereinstimmung der eingesetzten klinischen Diagnostikverfahren, Schirmer-Test I und II, Tränenfilmosmolarität, Impressionszytologie, lidkantenparallele konjunktivale Falten (LIPCOF) sowie Tränenfilmaufrisszeit (TBUT) mit den Ergebnissen der standardisierten Probandenbefragung nach subjektiven Symptomen des trockenen Auges mittels visueller Analogskala (VAS) gibt.
Von insgesamt 37 Probanden älter als 25 Jahre wurden 20 Patienten als Probandengruppe ohne Beschwerden sowie 17 Patienten als Gruppe mit Beschwerden in die Studie eingeschlossen. Zur Anwendung kamen die VAS und ein standardisierter OSDI-Fragebogen für subjektive Symptome. Objektive Befunde wurden mittels klinischer Untersuchung, Tränenfilmosmolarität (TearLab), nicht invasiver Tränenfilmaufrisszeit (Tearscope), Impressionszytologie und Quantifizierung der Becherzelldichte, Prüfung der quantitativen Tränensekretion mittels Schirmer-Test I und II und Spaltlampenbiomikroskopie (LIPCOF) erfasst. Im Anschluss erfolgte die schriftliche Dokumentation und die impressionszytologische Probenentnahme. Die Spaltlampenbiomikroskopie (LIPCOF) ergab bei den Gruppen 1 (ohne Beschwerden) und 2 (mit Beschwerden) als häufigste lokale Nebenwirkung Veränderungen der Konjunktiva. 45 % (9/20) der Probanden aus Gruppe 1 und 77 % (13/17) er Probanden aus Gruppe 2 zeigten in der LIPCOF-Untersuchung Anzeichen für die Diagnose trockenes Auge (Grad 1 bis 3). Mittels VAS beurteilte Gruppe 2 alle Beschwerden stärker beeinträchtigend als Gruppe 1, insbesondere Tränenfluss bei Wind. Nach der Bestimmung der Tränenfilmosmolarität litten 50 % (10/20) aus Gruppe 1 und 32 % (5/17) aus Gruppe 2 unter einem trockenen Auge. Die Mehrzahl der Patienten 65 % (13/20) aus Gruppe 1 und 64 % (11/17) aus Gruppe 2 erreichten eine TBUT von weniger als 20 Sekunden. Im Schirmer-Test I ergaben sich Anzeichen für einen Mangel an Tränenvolumen bei 50 % (10/20) der beschwerdefreien Patienten und bei 68 % (12/17) der Patienten mit subjektiven Beschwerden.
60 % (12/20) der Probanden aus Gruppe 1 und 91 % (15/17) aus Gruppe 2 wiesen im Schirmer-Test II einen leichten bis schweren Tränenmangel auf. Entzündungszellen Grad 2 und 3 mit morphologischen Veränderungen wurden nur in Gruppe 2 gefunden. 67
Objektive Testverfahren weisen eine unterschiedliche Effizienz hinsichtlich Spezifität und Sensitivität auf. Subjektive Symptome aus einer individuellen Patientenbefragung können als wichtige Hinweise für die jeweilige Medikation interpretiert werden.
Die Hypothese, es bestehe ein signifikanter Unterschied in Hinblick auf den Zustand der Augenoberfläche zwischen Glaukompatienten unter medikamentöser Therapie mit Beschwerden und solchen ohne Beschwerden, wurde bestätigt. Die Arbeitshypothese, es bestehe eine signifikant positive Korrelation zwischen den eingesetzten klinischen Diagnostikverfahren und den Ergebnissen über Fragebogen und die VAS, konnte für TBUT und LIPCOF bestätigt werden.
Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the most aggressive malignancy and projected to be the third leading cause of cancer related death by 2030. Despite extensive knowledge and insights into biological properties and genetic aberrations of pancreatic ductal adenocarcinoma cells, therapeutic options remain temporary and ineffective. One plausible explanation for the futile response to therapy is an insufficient and nonspecific delivery of anticancer drugs to the tumor site. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) coupled with siRNA targeted against the cell cycle specific serine-threonine-kinase, Polo-like kinase-1 (siPLK1-StAv-SPIONs) could serve a dual purpose for delivery of siPLK1 to tumor and noninvasive assessment of delivery in vivo. siPLK1-StAv-SPIONs were designed as theranostics to function via a membrane translocation peptide (MPAP-) as well as a tumor selective peptide (EPPT-1) to increase intracellular delivery and tumor specificity, respectively. In vitro and in vivo experiments using a syngenic orthotopic PDAC model as well as the endogenous LSL-KrasG12D,LSL-Trp53R172H,Pdx-1-Cre model revealed significant accumulation of siPLK1-StAv-SPIONs in PDAC resulting in efficient PLK1 silencing. Tumor specific silencing of PLK1 halts tumor growth, marked by decrease in tumor cell proliferation and increase in apoptosis. siPLK1-StAv-SPIONs are well tolerated with no observed systemic side effects. Our data suggests, siPLK1-StAv-SPIONs with dual specificity residues for tumor targeting and membrane translocation, represent an exciting opportunity for targeted therapy in PDAC.
Die Therapie des Melanoms sowie die Erforschung neuer Behandlungsmöglichkeiten stehen im Fokus zahlreicher Forschungsgruppen. Um der Komplexität dieser Erkrankung gerecht zu werden, müssen möglichst genaue Modelle gefunden werden. Tumor-Sphäroide als dreidimensionale Tumorzellkulturen schließen dabei teilweise die Lücke zwischen den herkömmlichen zweidimensionalen Zellmonolayern und den Tiermodellen. Hierdurch lassen sich die zelluläre Heterogenität, die Nährstoffverteilung, der Sauerstoffgradient, die Zell-Zell-Interaktionen sowie die Genexpression genauer abbilden und dadurch untersuchen. Arbeiten von Vinci sowie Howes et al. haben gezeigt, dass adäquate In-vitro-Bedingungen notwendig sind, um die Wirkungen von Medikamenten nicht zu über- beziehungsweise unterschätzen (Vinci et al. 2012, Howes et al. 2007). Ziel dieser Arbeit war, ein Verfahren zu etablieren, welches Sphäroide in einen tissue microarray zur Testung von potenziellen neuen Therapeutika zur Verfügung stellt, wobei in dieser Arbeit die Anwendung von kaltem Atmosphärendruckplasma und gepulsten elektrischen Feldern im Mittelpunkt des Interesses stand. Diese Methode von Ivanov und Grabowska (Ivanov & Grabowska 2017) wurde dazu in leicht modifizierter Form angewandt. Verwendet wurden zwei Melanomzelllinien (SK-Mel-28 MNT-1), für die zunächst optimale Wachstumsparameter festgelegt werden mussten, um stets vergleichbare und reproduzierbare Sphäroide mit einer Größe von 300-500 µm zu erhalten. Das etablierte Verfahren ist zeitsparender und ermöglicht eine automatische Bildaufnahme im Hochdurchsatz (high throughput screening) von bis zu 60 Sphäroiden pro Präparat. Die Immunfluoreszenzfärbung stellt aufgrund ihrer hohen Sensitivität und der dadurch möglichen Verkleinerung der Proben eine der wichtigsten Detektionsmethoden der Zukunft dar (Hertzberg et al. 2000). Es wurden parallel vier verschiedene Farbstoffe (DAPI, AlexaFluor 488, Alexafluor 594, AlexaFluor 647) mit zu testenden Targets markiert und mittels des CLS-Gerätes aufgenommen sowie quantitativ ausgewertet. Exemplarisch wurden 21 Fluorophore, innerhalb von sieben thematischen Sets und vier verschiedenen Behandlungsformen (direkte, indirekte Plasmabehandlung, H2O2-Behandlung, µsPEF-Behandlung) betrachtet. Hierdurch wurden unterschiedliche Plasma-induzierende Effekte auf die Zellmorphologie sowie ansatzweise auf die Verteilung innerhalb der Sphäroide untersucht. Bereits lichtmikroskopisch ließen sich eine Auflockerung der Peripherie sowie eine Verdichtung der zentralen Regionen der Sphäroide nach einer direkten Plasmabehandlung beobachten. Mittels der Immunfluoreszenz wurden sowohl bekannte Plasmaeffekte, wie die Apoptoseinduktion plasmabehandelter SK-Mel-28-Sphäroide mit hohen Plasmabehandlungsintensitäten, als auch verschiedene Signalwege, wie die antioxidative Zellantwort, beobachtet. Teilweise wurden kontroverse Ergebnisse gemessen, die die Notwendigkeit der Heterogenitätsanalyse innerhalb der Sphäroidschnitte aufzeigen. Beispielsweise weist die aufgelockerte Peripherie eine besonders hohe Apoptoserate auf, die mittels der TUNEL-IF-Färbung detektiert wurde (Abb. 38; Abb. 39). Zu der gesteigerten Apoptoserate lässt sich eine verstärkte Expression von HMOX1 bei den SK-Mel-28-Sphäroiden nach einer direkten sowie indirekten Plasmabehandlung nachweisen (Abb. 44). Hierraus lassen sich grundsätzliche Plasmaeffekte ableiten, wie die Einbringung von ROS und RNS. Zudem konnte die Größenreduktion der Sphäroiddurchmesser mittels µsPEF-Behandlung sowohl lichtmikroskopisch (Abb. 33) als auch am CLS-Gerät über die Gesamtfläche (Abb. 37) gezeigt werden. Diese Ergebnisse entsprechen denen von Nuccitelli et al. am Mausmodell (Nuccitelli et al. 2006, Nuccitelli et al. 2009). Des Weiteren wurden alternative Methoden angewandt, durch die die Antikörperverteilungen in ganzen Sphäroiden untersucht werden könnte (vgl. Kapitel 3.4.4).
Insgesamt liefert diese Methode, aufgrund der schnelleren sowie kostengünstigeren Durchführbarkeit und der potenziellen Automatisierung am CLS-Gerät, ein ausgesprochen mächtiges Verfahren zur Erforschung neuer Krebstherapien im Labor.
Tumorbiologische Charakterisierung der Tumorprogressionsfaktoren miR-1 und HSP27 im CAM-Modell
(2021)
Der HET-CAM-Assay kombiniert die Vorteile von Zellkultursystemen und Tiermodellen, indem er leicht und rasch durchzuführende, vergleichsweise kostengünstige Untersuchungen in einem physiologischen Umfeld gestattet, ohne zu den Tierversuchen zu zählen. Das schwach ausgebildete Immunsystem des Hühnerembryos und die starke Vaskularisierung der CAM ermöglichen es, onkologische Prozesse wie das Tumorwachstum und die Angiogenese zu analysieren. In dieser Arbeit wurden verschiedene Durchführungen des Assays getestet und schließlich eine Methode entwickelt, mit der sowohl maternale als auch gentechnisch veränderte Varianten der PC-Zelllinien LNCaP und PC-3 auf der CAM inokuliert und das Tumorwachstum induziert werden konnten. Nach der Etablierung dieses Modell-Systems wurden die tumorprogressiven Effekte der Mikro-RNA miR-1 und des Hitzeschockproteins HSP27 in ovo evaluiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass beide Faktoren Einfluss auf die Progression der PC-Tumoren auf der CAM hatten. Für miR-1 konnte erstmals die in der Literatur beschriebene tumorsuppressive Wirkung durch die Inhibition der Angiogenese in einem in vivo-Modell für das PC nachgewiesen werden. Zudem schien ihre Überexpression einen anti-proliferativen Effekt zu haben. Hinsichtlich der Funktionen von HSP27 deuteten sich Tendenzen an. Auch hier wurden erstmals angiogene Prozesse in einem in vivo Modell für das PC analysiert. Diese Untersuchungen bestätigten die postulierten tumorbiologischen Eigenschaften von HSP27 als Onkogen durch die Förderung der Angiogenese, aber auch der Proliferation.