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Fragestellung: Die organerhaltende Nierentumorchirurgie des nicht metastasierten Nierenzellkarzinoms wird der radikalen Tumornephrektomie insbesondere bei elektiver Indikation, d. h. bei intakter kontralateraler Niere, kontrovers gegenüber gestellt. Diese retrospektiv angefertigte Langzeitstudie soll die Effektivität und Sicherheit der Nierenteilresektion anhand von tumorspezifischem Überleben und Lokalrezidivrate sowie die postoperative Entwicklung der Nierenfunktion unter Berücksichtigung einer elektiven oder imperativen Operationsindikation untersuchen. Gleichzeitig dienen die Ergebnisse der Qualitätskontrolle für die Klinik für Urologie der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald. Patienten und Methode: Von 134 Patienten, die zwischen 1983 und 2003 organerhaltend wegen eines Nierenzellkarzinoms operiert worden sind (101 elektiv, 33 imperativ bei Einzelniere, bilateralen Tumoren oder Niereninsuffizienz) werden 115 Patienten nachbeobachtet (mittlere Nachbeobachtungszeit 69 Monate). Neben tumor- und patientenbezogenen Daten werden das postoperative Überleben, Tumorrezidive und die Gasamtnierenfunktion erfasst. Ergebnisse: Die tumorspezifische 5-Jahres-Überlebensrate beträgt für die elektive Indikation 94,3% und für die imperative Indikation 86,3%. Bei 5,6% der Patienten der elektiven Gruppe wird ein Lokalrezidiv diagnostiziert, während 20% der imperativen Gruppe von einem solchen betroffen sind. Für das papilläre Nierenzellkarzinom ergibt sich keine signifikante Häufung von Lokalrezidiven oder eine schlechtere Prognose. Die präoperative Nierenfunktion unterscheidet sich selektionsbedingt bei beiden Indikationen. In der elektiven Gruppe ist zwar 5 Jahre postoperativ ein signifikanter Anstieg des Serumkreatinins zu verzeichnen, jedoch bleiben die Werte innerhalb des Normbereiches. Die Nierenfunktion der imperativen Gruppe ist bereits präoperativ vermindert und zeigt im Verlauf keine signifikante Verschlechterung. Schlussfolgerung: Das Langzeitüberleben nach organerhaltender Nierentumorchirurgie entspricht dem nach radikaler Tumornephrektomie. Zum Schutz des Nierenparenchyms und somit zum Erhalt von Lebensqualität für den Patienten muss die Nierenteilresektion bei resezierbarem Tumor als Standardtherapie angesehen werden.
Kenntnisse über Strukturen und Dynamik natürlicher und naturnaher Wälder sind die Voraussetzung für naturnahe Waldbewirtschaftung. Die Ziele der Arbeit waren deshalb die Rekonstruktion von Waldzusammensetzung und Dynamik sowie die Identifizierung der natürlichen bzw. naturnahen Waldgesellschaften im Ablagerungsgebiet der Grundmoräne des letzten Stadiums der Weichselvereisung in Mitteleuropa. Das Untersuchungsgebiet, der Eldenaer Wald, ist ein 407 ha großes Naturschutzgebiet nahe Greifswald und liegt in einer flachwelligen Grundmoränenlandschaft mit nährstoff- und basenreichen Böden. Die Vegetation wird heute vom Eschen-Buchenwald (Fraxino excelsioris-Fagetum sylvaticae) dominiert, in dem auch Acer pseudoplatanus und A. platanoides, Prunus avium, Ulmus glabra, Carpinus betulus und als Nutzungsrelikt Quercus robur vorkommen. Für die Vegetationsrekonstruktion wurden an sechs Bohrkernen aus sechs im Untersuchungsgebiet verteilt liegenden Senken Mikrofossilien und z. T. Makrofossilien analysiert sowie der Glühverlust bestimmt. Die zeitliche Einordnung erfolgte mit 25 14C-AMS-Datierungen. Für die untersuchten Proben wurden Altersangaben inter- und extrapoliert. Weiterhin wurden historische Akten und Karten ausgewertet. Für die Rekonstruktion der Vegetation in der nahen Umgebung der Untersuchungspunkte (UP) wurde eine Methode zur Trennung von (extra)lokalen und regionalen Signalen der Mikrofossil-Typen entwickelt. Dabei werden Mikrofossil-Werte der UP mit den regionalen Daten eines Bohrkerns aus dem Greifswalder Bodden (Bucht der südlichen Ostsee) verglichen. (Extra)lokale Anteile zeigen sich in Form von überhöhten Werten im Vergleich zu den regionalen Werten. Der Vergleich wurde getrennt für Mikrofossil-Typen, die sich schlecht bzw. gut erhalten, durchgeführt, um die Unterbewertung der ersteren zu verringern. Mit Hilfe von Korrekturfaktoren (ANDERSEN 1970, 1984) wurden aus dem (extra)lokalen Anteil der Gehölz-Pollen die etwaigen Anteile der Gehölze an der gehölzbestandenen Fläche der frischen bis trockenen Standorten im Umkreis von etwa 100 m um den UP rekonstruiert. Der Offenheitsgrad der Vegetation wurde aus dem Auftreten indikativer Mikrofossil-Typen abgeleitet. Die rekonstruierte Vegetation innerhalb der Senken bildeten hauptsächlich nasse Erlenwälder. Durch anthropogene Entwässerungen und andere Eingriffe bildeten sich Röhrichte, Birken- und Weidengehölze sowie Erlen-Eschenwälder. Die Vegetation der frischen bis trockenen Standorte im Umkreis der Hohlformen war sehr unterschiedlich ausgebildet und wechselte auch an den verschiedenen UP sehr stark. Der Vergleich der UP zeigte, dass im Zeitabschnitt von AD 200 - 700, außer an einem UP, keine Hinweise auf Nutzungseinflüsse auftraten. Trotzdem waren die Gehölzbestände als Folge früherer menschlicher Aktivitäten z. T. noch sehr stark von Zwischenwaldarten (Acer, Fraxinus, Ulmus) geprägt. Nur an zwei Standorten traten auch über diesen Zeitabschnitt hinaus relativ stabile, von Tilia bzw. Fagus dominierte und nicht nachweisbar von menschlicher Aktivität beeinflusste Gehölzspektren auf. Ab AD 1100 sind nach und nach an allen UP massive Veränderungen im Gehölzspektrum nachweisbar, die mit dem wachsenden Nutzungsdruck infolge der slawischen Besiedlung, der Klostergründung (AD 1199) und den Dorfgründungen (ab AD 1250) einhergingen. Erst im Zeitraum AD 1820 - 2000 stellten sich mit der Einführung der geregelten Forstwirtschaft an fast allen Standorten ähnliche, von Fraxinus und Fagus dominierte Gehölzspektren ein. Mit Hilfe von Cluster-Analyse und Detrended Correspondence Analysis aller rekonstruierten Gehölzbestände wurden vier typische Gesellschaften der Gehölzvegetation der letzten 2000 Jahre herausgearbeitet. Fraxinus-Acer-Quercus-Bestände und Carpinus-Fagus-Quercus-Bestände stellen Vor- und/oder Zwischenwälder dar, die sich mit der Wiederbewaldung von Offenflächen einstellten und aus denen sich Schlusswälder entwickelten. (Betula-)Corylus-Tilia-Bestände beinhalten Schlusswälder, die noch bis etwa AD 1500 im Untersuchungsgebiet existierten. Die Fraxinus-Fagus-Bestände sind ebenfalls Schlusswälder, die fast im gesamten Untersuchungszeitraum nachgewiesen wurden. Aus den Untersuchungen wurde deutlich, dass die Entwicklung der Waldbestände stark durch anthropogene Einflüsse geprägt war. Das Verschwinden der Tilia-bestimmten Bestände und die Ausbreitung von Fagus wurden durch menschliche Aktivitäten ausgelöst. Das Gattungsspektrum der heute dominierenden Waldgesellschaft, des Eschen-Buchenwaldes (Fraxino excelsioris-Fagetum sylvaticae), konnte am Standort EXB bis ins 1. Jh. AD auch in nutzungsfreien Phasen zurückverfolgt werden, so dass es als natürlich gelten kann.
Growth, ageing and atherosclerotic plaque development alter the biomechanical forces acting on the vessel wall. However, monitoring the detailed local changes in wall shear stress (WSS) at distinct sites of the murine aortic arch over time has been challenging. Here, we studied the temporal and spatial changes in flow, WSS, oscillatory shear index (OSI) and elastic properties of healthy wildtype (WT, n = 5) and atherosclerotic apolipoprotein E-deficient (Apoe−/−, n = 6) mice during ageing and atherosclerosis using high-resolution 4D flow magnetic resonance imaging (MRI). Spatially resolved 2D projection maps of WSS and OSI of the complete aortic arch were generated, allowing the pixel-wise statistical analysis of inter- and intragroup hemodynamic changes over time and local correlations between WSS, pulse wave velocity (PWV), plaque and vessel wall characteristics. The study revealed converse differences of local hemodynamic profiles in healthy WT and atherosclerotic Apoe−/− mice, and we identified the circumferential WSS as potential marker of plaque size and composition in advanced atherosclerosis and the radial strain as a potential marker for vascular elasticity. Two-dimensional (2D) projection maps of WSS and OSI, including statistical analysis provide a powerful tool to monitor local aortic hemodynamics during ageing and atherosclerosis. The correlation of spatially resolved hemodynamics and plaque characteristics could significantly improve our understanding of the impact of hemodynamics on atherosclerosis, which may be key to understand plaque progression towards vulnerability.
Manipulating and utilizing plasmas becomes a more and more important task in various research fields of physics and in industrial developments. Especially in nowadays spacerelevant applications there are different ideas to modify plasmas concerning particular tasks.
One major point of interest is the ability to influence plasmas using magnetic fields. To study the underlying physical effects that were achieved by these magnetic fields for both scenarios Particle-in-Cell simulations were done. Two examples are discussed in this thesis.
The first example originates from an experiment performed by the European Space Agency ESA in collaboration with the German Space Agency DLR. To verify the possibility of heat-flux reduction by magnetic fields onto the thermal protection system of a space vehicle a simplified experiment on earth was developed. Most of the heat that is created during re-entry comes from compression of the air ahead of the hypersonic vehicle, as a result of the basic thermodynamic relation between temperature and pressure. The shock front, which builds up in front of the vehicle deflects most of the heat and prohibits the surface of the space vehicle from direct contact with the maximum flux. State of the art spacecrafts use highly developed materials like ceramics to handle the enormous heat. An attractive approach to reduce costs is to use magnetic fields for heat-flux reduction. This would allow the use of cheaper materials and thus reduce costs for the whole space mission. A partially-ionized Argon beam was used to create a certain heat-flux onto a target. The main finding of the experimental campaign was a large mitigation of heat-flux by applying a dipole-like magnetic field. The Particle-in-Cell method was able to reproduce experimental observations like the heat-flux reduction. An additionally implemented optical diagnostics module allowed to confirm the results of the spectroscopy done during the experiment. The underlying effect that is responsible for the heat-flux reduction was identified as a coupling between the modified plasma and the dominating neutral flux component. The plasma, that is guided towards the target, act as a shield in front of the target surface for arriving neutrals. These neutrals are slowed down by charge-exchange collisions. Furthermore the magnetic field induces an increased turbulent transport that is also needed to reach a reduction in heat-ux. The turbulent transport was also obtained by three-dimensional Direct Simulation Monte Carlo simulations. Unfortunately, such source driven turbulence can not be expected in space, so that a heat flux reduction in real space applications is questionable. Nevertheless, other effects like the induced turbulence by the rotating vehicle can compensate the missing source driven effect.
The second scenario in which a magnetic field is used to modify the heat flux of a plasma is the operation of the pulsed cathodic arc thruster. The same Particle-in-Cell code was used to simulate a typical pulse of this newly developed thruster of Neumann Space Pty Ltd. The typical behavior of the thruster could be reproduced numerically. The thrust is mainly produced by fast electrons. These electrons are accelerated by electric fields as a result of a plasma-beam instability. This plasma-beam instability was verified by a phase space diagnostics for the electrons. To demonstrate the influence of the magnetic field a simulation of the cathodic arc thruster without magnetic field and one with magnetic field were compared. It was shown that the use of a magnetic field leads to a ten times larger thrust by directing the heat ux. The resulting narrow plume is an additional Advantage of the particle guiding magnetic field. This narrowness of the plume reduces the danger of interaction with other components of the space vehicle.
Both scenarios demonstrate the different capabilities for electromagnetic fields to manipulate plasmas and especially the corresponding heat-flux with respect to certain tasks. The possibilities range from reducing the heat-flux onto a target to maximizing the thrust by directing the heat-ux. This thesis demonstrates that simulations are a great tool to support experiments and to deliver an improved physics understanding. They help to identify the basic physics principles in the different systems, because they can deliver information not accessible to experiments.
In particular, a better understanding of the influence of electromagnetic fields on the heat-flux distribution in space-relevant applications was obtained. This can be the basis for further simulation-guided optimization, e.g. for the design of more effective cathodic arc thrusters. Here, the goal is to minimize costs for prototypes by replacing the hardware by virtual prototypes in the simulations. This allows to test basic design ideas in advance and get more highly-optimized designs at a fraction of time and costs.
Over the last decades, thyroid hormone metabolites (THMs) received marked attention as it has been demonstrated that they are bioactive compounds. Their concentrations were determined by immunoassay or mass-spectrometry methods. Among those metabolites, 3,5-diiodothyronine (3,5-T2), occurs at low nanomolar concentrations in human serum, but might reach tissue concentrations similar to those of T4 and T3, at least based on data from rodent models. However, the immunoassay-based measurements in human sera revealed remarkable variations depending on antibodies used in the assays and thus need to be interpreted with caution. In clinical experimental approaches in euthyroid volunteers and hypothyroid patients using the immunoassay as the analytical tool no evidence of formation of 3,5-T2 from its putative precursors T4 or T3 was found, nor was any support found for the assumption that 3,5-T2 might represent a direct precursor for serum 3-T1-AM generated by combined deiodination and decarboxylation from 3,5-T2, as previously documented for mouse intestinal mucosa. We hypothesized that lowered endogenous production of 3,5-T2 in patients requiring T4 replacement therapy after thyroidectomy or for treatment of autoimmune thyroid disease, compared to production of 3,5-T2 in individuals with intact thyroid glands might contribute to the discontent seen in a subset of patients with this therapeutic regimen. So far, our observations do not support this assumption. However, the unexpected association between high serum 3,5-T2 and elevated urinary concentrations of metabolites related to coffee consumption requires further studies for an explanation. Elevated 3,5-T2 serum concentrations were found in several situations including impaired renal function, chronic dialysis, sepsis, non-survival in the ICU as well as post-operative atrial fibrillation (POAF) in studies using a monoclonal antibody-based chemoluminescence immunoassay. Pilot analysis of human sera using LC-linear-ion-trap-mass-spectrometry yielded 3,5-T2 concentrations below the limit of quantification in the majority of cases, thus the divergent results of both methods need to be reconciliated by further studies. Although positive anti-steatotic effects have been observed in rodent models, use of 3,5-T2 as a muscle anabolic, slimming or fitness drug, easily obtained without medical prescription, must be advised against, considering its potency in suppressing the HPT axis and causing adverse cardiac side effects. 3,5-T2 escapes regular detection by commercially available clinical routine assays used for thyroid function tests, which may be seriously disrupted in individuals self-administering 3,5-T2 obtained over-the counter or from other sources.
Overexpression of polo-like kinase 1 (PLK1) has been found in many different types of cancers. With its essential role in cell proliferation, PLK1 has been determined to be a broad-spectrum anti-cancer target. In this study, 3D-QSAR, molecular docking, and molecular dynamics (MD) simulations were applied on a series of novel pteridinone derivatives as PLK1 inhibitors to discover anti-cancer drug candidates. In this work, three models—CoMFA (Q² = 0.67, R² = 0.992), CoMSIA/SHE (Q² = 0.69, R² = 0.974), and CoMSIA/SEAH (Q² = 0.66, R² = 0.975)—of pteridinone derivatives were established. The three models that were established gave R²(pred) = 0.683, R²(pred) = 0.758, and R²(pred) = 0.767, respectively. Thus, the predictive abilities of the three proposed models were successfully evaluated. The relations between the different champs and activities were well-demonstrated by the contour chart of the CoMFA and CoMSIA/SEAH models. The results of molecular docking indicated that residues R136, R57, Y133, L69, L82, and Y139 were the active sites of the PLK1 protein (PDB code: 2RKU), in which the more active ligands can inhibit the enzyme of PLK1. The results of the molecular dynamic MD simulation diagram were obtained to reinforce the previous molecular docking results, which showed that both inhibitors remained stable in the active sites of the PLK1 protein (PDB code: 2RKU) for 50 ns. Finally, a check of the ADME-Tox properties of the two most active molecules showed that molecular N° 28 could represent a good drug candidate for the therapy of prostate cancer diseases.
Until today, more than 17% of the population in Mecklenburg Western-Pomerania suffer from chronic kidney disease (CKD) which was revealed by the SHIP study (Study of Health in Pomerania). 20% of CKD cases can be traced back to glomerulopathies. One common characteristic of glomerulopathies is the morphologic change of the glomerular filtration barrier which consists of endothelial cells, the glomerular basement membrane and podocytes. Under healthy conditions, the foot processes of the podocytes interdigitate with the foot processes of the neighboring podocytes with a filtration slit in between. Apart from the slit membrane protein nephrin, typical adherens junction proteins like occludin or JAM-A are also expressed at this cell-cell junction. This junction is therefore considered to be a specialized type of adherens junction, necessary to maintain the size-selectivity of the filtration barrier. During podocyte injury, podocyte foot processes lose their characteristic morphology and the typical meandering filtration slit becomes linearized, a process which is described as foot process effacement.
Since morphological change is directly linked to change or loss of function, ultrastructural analysis of the foot processes is necessary for diagnostics and research. By using 3D-structured illumination microscopy (3D-SIM), we quantified these morphological changes as well as studied a possible biomarker, the tight junction protein claudin 5 (CLDN5). Our study showed a spatially restricted up-regulation of CLDN5 in effaced filtration slit areas in biopsies of patients suffering from minimal change disease (MCD), focal and segmental glomerulosclerosis (FSGS) as well as in mice after NTS injection and in the uninephrectomy DOCA-salt mouse model. CLDN5/nephrin ratios of biopsies from patients with glomerulopathies and of tissue received from NTS-treated mice were significantly higher compared to controls. We found that in patients the CLDN5/nephrin ratios were negatively correlated with the filtration slit density. Since CLDN5 up-regulation was observed in several areas of high filtration slit density, we hypothesized that CDLN5 upregulation preceded visible foot process effacement. Taken together, we suggest that CLDN5 could be a helpful biomarker to identify an early change of the foot process morphology in addition to filtration slit density measurement. Additionally, correlation analysis of foot process effacement with patient data showed a significant negative correlation of the filtration slit density with proteinuria in MCD patients.