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Molecular Mechanisms of Bortezomib Action: Novel Evidence for the miRNA−mRNA Interaction Involvement
(2020)
Bortezomib is an anti-tumor agent, which inhibits 26S proteasome degrading ubiquitinated
proteins. While apoptotic transcription-associated activation in response to bortezomib has been
suggested, mechanisms related to its influence on post-transcriptional gene silencing mediated
regulation by non-coding RNAs remain not fully elucidated. In the present study, we examined
changes in global gene and miRNA expression and analyzed the identified miRNA–mRNA interactions
after bortezomib exposure in human neuroblastoma cells to define pathways affected by this agent in
this type of cells. Cell viability assays were performed to assess cytotoxicity of bortezomib. Global gene
and miRNA expression profiles of neuroblastoma cells after 24-h incubation with bortezomib were
determined using genome-wide RNA and miRNA microarray technology. Obtained results were
then confirmed by qRT-PCR and Western blot. Further bioinformatical analysis was performed
to identify affected biological processes and pathways. In total, 719 genes and 28 miRNAs were
downregulated, and 319 genes and 61 miRNAs were upregulated in neuroblastoma cells treated with
bortezomib. Possible interactions between dysregulated miRNA/mRNA, which could be linked to
bortezomib-induced neurotoxicity, affect neurogenesis, cellular calcium transport, and neuron death.
Bortezomib might exert toxic effects on neuroblastoma cells and regulate miRNA–mRNA interactions
influencing vital cellular functions. Further studies on the role of specific miRNA–mRNA interactions
are needed to elucidate mechanisms of bortezomib action.
Chemerin ist ein Adipokin, welches unter anderem vom Fettgewebe exprimiert wird und wichtige Funktionen im Rahmen des Fettstoffwechsels übernimmt. Verschiedene klinische Studien konnten Korrelationen zwischen der Chemerinkonzentration im Blut und diversen metabolischen, renalen sowie kardiovaskulären Phänotypen identifizieren. Aufgrund der Verwendung von sehr unterschiedlichen Patientenpopulationen mit häufig kleinen Kollektiven ist die derzeitige Befundlage insgesamt allerdings noch recht widersprüchlich. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, den Zusammenhang zwischen Chemerin und einem breiten Spektrum von inflammatorischen, metabolischen, renalen sowie kardiovaskulären Parametern in einer großen, gut charakterisierten, populationsbasierten Studie zu analysieren und dabei den Einfluss der Fettmasse und anderer Störfaktoren angemessen zu berücksichtigen.
Unter Zuhilfenahme von Methoden der multivariablen linearen und logistischen Regressionsanalyse wurden in dieser Arbeit Daten von 4420 Probanden der SHIP-TREND-Population ausgewertet. Die Analysen zeigten positive Assoziationen zwischen Chemerin und den Inflammationsparametern hsCRP und Fibrinogen. Darüber hinaus konnten positive Zusammenhänge mit dem HbA1c-Wert, dem Nüchterninsulinwert und dem HOMA-IR identifiziert werden. Für den Glukosespiegel ließ sich dagegen kein Zusammenhang mit Chemerin nachweisen. Die Ergebnisse zeigten weiterhin, dass ein hoher Chemerinspiegel mit einem unvorteilhaften Lipid-Profil assoziiert ist. Während eine glockenförmige Assoziation zwischen Chemerin und dem diastolischen Blutdruck vorlag, wurde kein Zusammenhang mit dem systolischen Blutdruck beobachtet. Alle beschriebenen Zusammenhänge waren unabhängig von Unterschieden der Probanden in der individuellen Fettmasse sichtbar. Die Analysen zeigten darüber hinaus, dass ein hoher Chemerinspiegel signifikant mit einer schlechteren Nierenfunktion einhergeht und dass sich dieser Effekt mit zunehmender Fettmasse noch verstärkt. Bezüglich der verschiedenen subklinischen Parameter der Atherosklerose konnte nach vollständiger Modelladjustierung eine inverse Assoziation von Chemerin mit dem ABI sowie eine positive Assoziation mit dem Vorliegen einer Karotisstenose beobachtet werden.
Zusammenfassend zeigen die dargestellten Ergebnisse, dass Chemerin unabhängig von individuellen Unterschieden in der Fettmasse mit einer ganzen Reihe von verschiedenen inflammatorischen, metabolischen, renalen und kardiovaskulären Parametern assoziiert ist. Dementsprechend kann vermutet werden, dass Chemerin auch abseits seiner Funktionen im Fettgewebe wichtige pathophysiologische Prozesse im Körper steuert. Existierende experimentelle Arbeiten liefern erste Hinweise auf die zugrundeliegenden Mechanismen. Das gesamte Funktionsspektrum von Chemerin ist zum jetzigen Zeitpunkt allerdings nicht vollständig geklärt. Die vorliegende Arbeit liefert einen umfassenden Überblick über die epidemiologischen Zusammenhänge der genannten Parameter in einer allgemeinen Bevölkerung und stellt damit eine wichtige Grundlage für weitere Forschungsarbeiten dar. Langfristig ist denkbar, dass Chemerin als diagnostischer Biomarker oder Therapeutikum im klinischen Alltag eingesetzt wird.
Abstract
Background
Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a progressive muscle‐wasting disease caused by mutations in the dystrophin gene, which leads to structural instability of the dystrophin–glycoprotein‐complex with subsequent muscle degeneration. In addition, muscle inflammation has been implicated in disease progression and therapeutically addressed with glucocorticosteroids. These have numerous adverse effects. Treatment with human immunoglobulin G (IgG) improved clinical and para‐clinical parameters in the early disease phase in the well‐established mdx mouse model. The aim of the present study was to confirm the efficacy of IgG in a long‐term pre‐clinical study in mdx mice.
Methods
IgG (2 g/kg body weight) or NaCl solution as control was administered monthly over 18 months by intraperitoneal injection in mdx mice beginning at 3 weeks of age. Several clinical outcome measures including endurance, muscle strength, and echocardiography were assessed. After 18 months, the animals were sacrificed, blood was collected for analysis, and muscle samples were obtained for ex vivo muscle contraction tests, quantitative PCR, and histology.
Results
IgG significantly improved the daily voluntary running performance (1.9 m more total daily running distance, P < 0.0001) and slowed the decrease in grip strength by 0.1 mN, (P = 0.018). IgG reduced fatigability of the diaphragm (improved ratio to maximum force by 0.09 ± 0.04, P = 0.044), but specific tetanic force remained unchanged in the ex vivo muscle contraction test. Cardiac function was significantly better after IgG, especially fractional area shortening (P = 0.012). These results were accompanied by a reduction in cardiac fibrosis and the infiltration of T cells (P = 0.0002) and macrophages (P = 0.0027). In addition, treatment with IgG resulted in a significant reduction of the infiltration of T cells (P ≤ 0.036) in the diaphragm, gastrocnemius, quadriceps, and a similar trend in tibialis anterior and macrophages (P ≤ 0.045) in gastrocnemius, quadriceps, tibialis anterior, and a similar trend in the diaphragm, as well as a decrease in myopathic changes as reflected by a reduced central nuclear index in the diaphragm, tibialis anterior, and quadriceps (P ≤ 0.002 in all).
Conclusions
The present study underscores the importance of an inflammatory contribution to the disease progression of DMD. The data demonstrate the long‐term efficacy of IgG in the mdx mouse. IgG is well tolerated by humans and could preferentially complement gene therapy in DMD. The data call for a clinical trial with IgG in DMD.
Dengue virus (DV) is a positive-strand RNA virus of the Flavivirus genus. It is one of the most prevalent mosquito-borne viruses, infecting globally 390 million individuals per year. The clinical spectrum of DV infection ranges from an asymptomatic course to severe complications such as dengue hemorrhagic fever (DHF) and dengue shock syndrome (DSS), the latter because of severe plasma leakage. Given that the outcome of infection is likely determined by the kinetics of viral replication and the antiviral host cell immune response (HIR) it is of importance to understand the interaction between these two parameters. In this study, we use mathematical modeling to characterize and understand the complex interplay between intracellular DV replication and the host cells' defense mechanisms. We first measured viral RNA, viral protein, and virus particle production in Huh7 cells, which exhibit a notoriously weak intrinsic antiviral response. Based on these measurements, we developed a detailed intracellular DV replication model. We then measured replication in IFN competent A549 cells and used this data to couple the replication model with a model describing IFN activation and production of IFN stimulated genes (ISGs), as well as their interplay with DV replication. By comparing the cell line specific DV replication, we found that host factors involved in replication complex formation and virus particle production are crucial for replication efficiency. Regarding possible modes of action of the HIR, our model fits suggest that the HIR mainly affects DV RNA translation initiation, cytosolic DV RNA degradation, and naïve cell infection. We further analyzed the potential of direct acting antiviral drugs targeting different processes of the DV lifecycle in silico and found that targeting RNA synthesis and virus assembly and release are the most promising anti-DV drug targets.
Over the past 10 years, the crisis of sepsis has remained a great challenge. According to data from 2016, the sepsis-related mortality rate remains high. In addition, sepsis consumes extensive medical resources in intensive care units, and anti-inflammatory agents fail to improve sepsis-associated hyperinflammation and symptoms of immunosuppression. The specific immune mechanism of sepsis remains to be elucidated. Reactive oxygen species (ROS) are triggered by energy metabolism and respiratory dysfunction in sepsis, which not only cause oxidative damage to tissues and organelles, but also directly and indirectly promote NOD-, LRR-, and pyrin domain-containing protein 3 (NLRP3) inflammasome activation. NLRP3 inflammasomes enlarge the inflammatory response and trigger apoptosis of immune cells to exacerbate sepsis progression. Inhibiting the negative effects of ROS and NLRP3 inflammasomes therefore provides the possibility of reversing the excessive inflammation during sepsis. In this review, we describe the interaction of ROS and NLRP3 inflammasomes during sepsis, provide prevention strategies, and identify fields that need further study.
Bats belong to the most gregarious and diverse mammals with highly complex social behaviors. Despite extensive research on their ecology and social behavior in some bat species, gained insights are restricted to only few of the more than 1300 species. In the recent past, bats have also become a central topic of a different branch of research: Since the 1990s bats came to the fore of virologists and immunologists due to the bats’ apparent importance as reservoir hosts and vectors of several (mostly tropical) diseases. While this research is focused mainly on emerging infectious diseases linked to bats, and their zoonotic potential, little has been invested regarding the link between disease transmission and bat social systems.
In my work, I aim at filling this gap by merging automated daily roosting observations, social network analysis, and a virological screening in Natterer’s bats (Myotis nattereri). In a collaborative approach, my co-workers and I analyzed the social structure of individually marked Natterer’s bats, their astrovirus detection rate and transmission pathways within their colony, as well as roosting interactions between different co-occurring con- and heterospecific bat colonies.
We discovered Natterer’s bats to display a very divergent social network structure that contradicts the findings of previous studies on large fission-fusion groups. Contrary to the modular social network structure found in e.g. primates or other bats species, the social network of Natterer’s bats consists of only one highly interconnected community. Moreover, although the close proximity between bat hosts in the colony should strongly promote direct transmission, we found indications that astrovirus infections follow at least partly an indirect transmission pathway via contaminated roost use. Lastly, our results prove that co-occurring con- and heterospecific bat colonies, e.g. as in this study Natterer’s bats, brown long-eared bats and Bechstein’s bats, can influence each other in their roost use by avoiding conspecific roosts and by being attracted towards those of heterospecifics. This holds implication for the transmission of parasites and pathogens within and between different colonies with opportunities for spillovers. To conclude, this multidisciplinary study led to valuable insights in the hitherto hidden mechanisms within and among bat colonies.
Abstract
Ecosystems with highly pulsed water supply must be better understood as climate change may increase frequency and severity of intense storms, droughts and floods. Here we collected data over 3 years (2016–2018) in the episodic wetland outflow channel (Aluize), Banhine National Park, in which the system state changed from dry to wet to dry. Field sampling included vegetation records, small‐scale vegetation zoning, the seed bank and water and soil quality. The same main plant species were found in both dry and wet conditions across the riverbed of the outflow channel. We found only very few diaspores of plants in the soil after prolonged drought. In the subsequent flooded state, we examined very dense vegetation on the water surface, which was dominated by the gramineous species Paspalidium obtusifolium. This species formed a compact floating mat that was rooted to the riverbed. The Cyperaceae Bolboschoenus glaucus showed high clonal growth in the form of root tubers, which likely serve as important food reservoir during drought. Soil and water analyses do not indicate a limitation by nutrients. We outline how resident people may change the plant community structure with an increasing practice of setting fire to the meadows in the dried‐up riverbed to facilitate plant regrowth as food for their livestock.
Hintergrund: Die Infektion mit dem Humanen Immundefizienz-Virus (HIV) ist keine tödliche Krankheit mehr [1]. Mit dem Aufkommen der HAART (highly active antiretroviral therapy) im Jahre 1996 und ihrer stetigen Weiterentwicklung hin zur cART (combined antiretroviral therapy) stieg der Behandlungserfolg bei HIV-infizierten Personen drastisch an. Eine Kombination aus unterschiedlichen Wirkstoffklassen machte die Therapie effizienter und verbesserte die Lebensqualität von HIV-Patienten [92]. Doch obwohl sich die Medikation als gut und wirksam erwiesen hat, ist sie nicht frei von Nachteilen. Die Adhärenz bei der Medikamenteneinnahme ist bei vielen Patienten nicht ausreichend, was unter anderem Nebenwirkungen, sozialen Faktoren, Stigmatisierung und Komorbiditäten geschuldet ist. Unterschreitet die Medikamenteneinnahme 95 % der verordneten Dosis, besteht die Gefahr von Resistenzbildung, die mit hohen Kosten für das Gesundheitssystem und gesundheitlichen Risiken für die infizierte Person verbunden ist [4, 10]. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der antiretroviralen Therapie hat zu einer deutlichen Veränderung der Ansprüche an die Qualität der Versorgung geführt. Während in den Anfangstagen der HIV-Behandlung das Hauptaugenmerk auf die Verhinderung von opportunistischen Infektionen (OI) gelegt wurde, sind inzwischen Aspekte wie die langfristige Virussuppression und die stabile Rekonstitution des Immunsystems die Mindestanforderungen der Therapie. Trotz dieser allgemeingültigen Ziele gibt es regional unterschiedliche Herausforderungen. Zur unterschiedlichen Versorgungsqualität in ländlichen und städtischen Regionen existieren nur rudimentäre Daten. Ziel dieser Arbeit war, diese Daten prototypisch für Berlin und Greifswald zu erheben.
Methoden: Im Rahmen der Qualitätssicherungsvereinbarung zur strukturierten Patientenversorgung nach § 135 Abs. 2 SGB V wurden gemäß EBM seit 2009 in Berlin sowie in Greifswald Daten HIV-positiver Patienten im Rahmen der Routineversorgung erhoben. Von 43 Patienten in Greifswald konnten 41 mit einer HIV-Erkrankung in unsere Studie eingeschlossen werden. In Berlin umfasste die Ursprungskohorte einer Schwerpunktpraxis 1669 Patienten. Eingeschlossen wurden aufgrund der von uns angelegten Kriterien (Sampling der Berliner Patientendaten nach Alter und Geschlecht) jedoch nur 187 Patienten. Die wichtigsten Ausschlusskriterien waren eine fehlende Einwilligung zur Studienteilnahme sowie ein Lost to follow-up (LTFU) über mehr als drei Quartale. Die Auswertung der bizentrischen, nicht interventionellen Korrelationsstudie erfolgte retrospektiv. Der Beobachtungszeitraum betrug fünf Jahre (01/2009 – 01/2014). Hauptaugenmerk der Datenauswertung wurde auf die Erfassung, den Vergleich und die Herausarbeitung von Gemeinsamkeiten und Unterschieden der demografischen, immunologischen, virologischen, klinischen und therapeutischen Daten der beiden Kohorten gelegt. Die Auswertung erfolgte mithilfe des Statistikprogrammes R (Version 3.2.1). Statistische Signifikanz wurde bei p ≤ 0,05 angenommen.
Ergebnisse: Vor Durchführung des Samplings bestanden deutliche Unterschiede hinsichtlich der demografischen Daten in beiden Kohorten. Bei gleichem Altersdurchschnitt (Median Berlin (B): 44,4 Jahre; Greifswald (G): 44,5 Jahre; p = 0,94) war der Anteil HIV-infizierten Frauen in Greifswald deutlich höher (B: 9,4%; G: 22%; p = 0,01), was sich im ländlichen Raum auch in einer vergleichsweise geringen Transmissionsrate der HIV-Infektion über Männer, die Sex mit Männern haben (MSM) niederschlug (B: 141/187 [75,4%]; G: 17/41 [41,46%]; p = 5,384e-05). Zu Therapiebeginn zeigte sich eine im Median signifikant geringere CD4+ T-Lymphozytenzellzahl in Greifswald als in Berlin (B: 516/µl; G: 266/µl; p < 0,001). Weiterhin hatten in Greifswald mehr Patienten einen Ausgangswert von <200 CD4+ T-Zellen je µl Blut (B: 12/187 [6,41%]; G: 13/41 [31,7%]; p < 0,001). Ungeachtet dieser unterschiedlichen Ausgangssituationen glichen sich die CD4+ T-Zellzahlen unter cART nach drei Quartalen auf ein einheitlich hohes Niveau an (B: 564/µl; G: 416/µl; p = 0,095). Die Viruslast (VL) lag in Greifswald zu Therapiebeginn nicht signifikant über der von Berlin (p = 0,17). Ein Abfall der VL unter cART auf ein Level von < 50 Kopien/ml erfolgte in beiden Kohorten ähnlich schnell (B: 128d; G: 137d; p= 0,8). Von allen 184 bzw. 41 diagnostizierten Patienten wurden in beiden Kohorten > 80 % mit cART versorgt (B: 153/184 [83,15%]; G: 36/41 [87,8%]; p = 0,12). Ein Absenken der VL unter die Nachweisgrenze (NG) gelang in beiden Kohorten bei mehr als der Hälfte der Patienten (B: 115/184 [62,5%]; G: 23/41 [56,09%]; p = 0,085). Die Firstline-Therapie (FL) wurde in Berlin im Median 1127 d und in Greifswald 809 d eingenommen (p = 0,09). Eingesetzte Therapieregime in FL sowie in Secondline (SL) waren in beiden Kohorten weitgehend übereinstimmend (FL: p = 0,48; SL: p = 0,08). Therapiewechsel fanden etwa in gleicher Häufigkeit statt (B: 33,5%; G: 32,1%; p = 0,87), während die Gründe für einen Therapiewechsel voneinander abwichen (p = 0,0076). Therapieumstellungen fanden in Berlin am häufigsten aufgrund einer Therapievereinfachung (Umstellung auf Single-tablet regimen (STR)) oder auf Patientenwunsch statt, während in Greifswald medikamentenassoziierte Probleme wie Resistenzbildung und das Auftreten von Nebenwirkungen am häufigsten als Ursache für einen Therapiewechsel benannt wurden. Koinfektionen wie Hepatitis C (HCV) und Hepatitis B (HBV) traten in beiden Kohorten mit gleicher Häufigkeit auf (p = 1), auch die Anzahl an durchgeführten HBV-Impfungen differierte nicht (p = 0,68). Ein Rückgang der OI war nach Beginn mit cART in beiden Kohorten gleichermaßen zu verzeichnen (p = 0,87).
Diskussion: Die Auswertungen unserer Studie zeigen insgesamt, dass die Versorgung von HIV-infizierten Patienten sowohl in städtischen als auch in ländlichen Regionen leitlinienkonform durchgeführt wird und die Qualität sehr hoch ist. Dieses Fazit kann gezogen werden, obgleich sich die Patienten aus Greifswald mit ihrer Erkrankung bei Therapiebeginn in einem deutlich weiter fortgeschrittenen Stadium befanden. Die Zahl der CD4+ T-Lymphozyten bei Erstdiagnose bzw. bei Therapiebeginn hat sich dabei als wichtigster Vorhersagewert etabliert, da niedrige Werte in direkter Verbindung mit dem Auftreten von Komorbiditäten stehen. Ein später Beginn mit cART ist weiterhin direkt mit einer erhöhten Morbidität und Mortalität assoziiert [48, 49], besonders dann, wenn die CD4+ T-Lymphozyten bei Beginn mit cART bereits unter 200/µl abgesunken sind [50,51]. Trotzdem gelingt durch eine leitlinienorientierte und stringente Therapie eine Angleichung der Werte innerhalb kurzer Zeit, was für ein hohes Versorgungsniveau auch im ländlichen Raum spricht. Zwischen dem Leben im ländlichen Raum und einem späten Beginn mit cART scheint des Weiteren ein Zusammenhang zu bestehen [52]. Als mögliche Ursachen hierfür werden verminderte Risikowahrnehmung, größere Stigmatisierung, weniger Diskretion und Anonymität, ein geringerer Bildungsgrad sowie ein schlechterer Zugang zu Aufklärungskampagnen und Screening-Maßnahmen angegeben [52, 54, 55]. Ob diese Gründe auch für Greifswald Gültigkeit besitzen, erfordert weiteren Nachforschungen. Mitverantwortlich für die unterschiedlichen Ausgangssituationen könnte des Weiteren sein, dass in Greifswald die Versorgung von HIV-positiven Patienten nicht durch eine Fachabteilung, sondern - aus historischen Gründen - durch verschiedene Ambulanzen bzw. Klinken mitgetragen wurde. Ein Umstand, der Ende 2014 durch die Betreuungsübernahme aller HIV-Patienten in die Klinik und Poliklinik für Hautkrankheiten der Universitätsmedizin Greifswald bereits geändert wurde und dessen Effekte es im Nachgang zu evaluieren gilt.
Die cART wurde in beiden Kohorten wirkstoffgleich verordnet, während die Gründe für Therapiewechsel voneinander abwichen. Am ehesten erklärbar ist die häufige Umstellung der cART auf Patientenwunsch in Berlin dabei durch viele HIV-Schwerpunktpraxen, HIV-Selbsthilfegruppen und AIDS-Treffpunkte in der Hauptstadt, die einen regeren Austausch über neue Therapieregime und Möglichkeiten zur Verbesserung bzw. zur Vereinfachung der Therapie ermöglichen.
Abstract
Biocatalysis has found numerous applications in various fields as an alternative to chemical catalysis. The use of enzymes in organic synthesis, especially to make chiral compounds for pharmaceuticals as well for the flavors and fragrance industry, are the most prominent examples. In addition, biocatalysts are used on a large scale to make specialty and even bulk chemicals. This review intends to give illustrative examples in this field with a special focus on scalable chemical production using enzymes. It also discusses the opportunities and limitations of enzymatic syntheses using distinct examples and provides an outlook on emerging enzyme classes.
The definition of Green Chemistry was first formulated at the beginning of the 1990s – 30 years ago and states as follows: “design of chemical products and processes to reduce or eliminate the use and generation of hazardous substances” (Poliakoff et al. 2002). Biocatalysis is one of the examples of “green” chemistry as it is relying on natural or modified enzymes. Today, biocatalysis is a standard technology for the production of chemicals (Straathof et al. 2002).
In this PhD thesis, the implications of biocatalysis using different class of enzymes are discussed: two cytochrome P450 monoxygenases, two kinases and one lyase are shown as tools for the production of bioactive compounds.
The P450 enzymes have a central role in the oxidative metabolism of a wide variety of compounds including the synthesis of endogenous substrates such as steroids and fatty acids. Moreover, P450s catalyze the hydroxylation of non-activated carbon atoms in a regio- and stereospecific fashion avoiding use of protecting groups and several, time-consuming chemical steps.
Here, the recombinant expression and biocatalytic characterization of bacterial CYP107D1 for the regio- and stereoselective hydroxylation of two steroid compounds is reported. Since the natural electron transfer partners of these P450s are unknown, PdX and PdR from P. putida were employed to supply CYP107D1 with the necessary electrons for catalysis. This three-component system was used in bioconversions of two bile acids: LCA and DCA. P450 CYP107D1 exhibits high regio- and stereoselectivity for the tested steroids, giving 6β-hydroxylated products. The properties of the CYP107D1 make this multifaceted P450 monooxygenase an attractive enzyme for the production of novel drug metabolites. Moreover, the crystal structure of the enzyme is known, which provides the basis for developing a protein-engineering strategy aimed at catalytic properties of the CYP107D1
The second enzyme described in the thesis is the self-sufficient cytochrome P450 monooxygenase from Fusarium graminarium (FG067). From the overall structure, it resembles the well investigated CYP102 from Bacillus megaterium (CYP BM3) and the P450 from Fusarium oxysporum (CYPfoxy). In this study, two different strategies to recombinantly produce the fungal P450 monooxygenase P450-FG067, namely (a) producing in E. coli and (b) producing in P. pastoris were investigated. The P450 FG_067 from Fusarium graminarium was successfully overexpressed in P. pastoris. The enzyme was functionally active, converted fatty acid substrates of carbon chain length C10-16 with regiospecificity of the hydroxylating position ω -1, ω - 2 and ω-3, with the highest affinity for capric acid. The hydroxylation at different positions of the fatty acid chain is needed for different chemical industries. For example, ω-HFAs can be used as starting materials for the synthesis of polymers, with high resistance to heat or chemicals (Xiao et al. 2018). Therefore, the application of recombinant enzyme such as self-sufficient P450 FG_067 for a commercial production of HFAs is in high industrial demand.
In this thesis, two kinases were used for the producton of phosphorylated metabolites. Kinases catalyzing N-phosphorylation, which are of synthetic interest because of tedious chemical procedures in selective chemical N-phosphorylations. A highly active and stabile arginine kinase, obtained by cloning and expressing the argK gene from Limulus polyphemus in E. coli, was used in the one-step synthesis of Nω-phospho-L-arginine using the phosphoenolpyruvate/pyruvate kinase system for ATP regeneration. Applying arginine kinase in biocatalysis opens up new opportunities for the selective biocatalytic N-phosphorylation of interesting low-molecular-weight compounds and metabolites.
Another kinase investigated in this thesis was shikimate kinase. The highly active and stable shikimate kinase AroL was achieved by synthesizing the codon-optimized aroL gene and expressing it in high yield in E. coli. Next, shikimate kinase was used in an one-step synthesis of shikimate-3-phosphate using the phosphoenolpyruvate/pyruvate kinase system for ATP regeneration. Development of the described biocatalytic preparation of shikimate-3-phosphate is a superior route incomparison to a tedious multi-step and low yield classical synthesis of this compound. The biocatalytic phosphorylation is of great interest for a commercial production of metabolites and metabolite-like structures.
The last investigeted enzyme in this PhD thesis was argininosuccinate lyase from Saccharomyces cerevisiae. The argininosuccinate lyase was cloned and overexpressed in E. coli as a highly active and stable biocatalyst. A simple and straightforward biocatalytic asymmetric Michael addition reaction has been established for the synthesis of the key metabolite N-(([(4S)-4-amino-4-carboxybutyl]amino)imino methyl)-L-aspartic acid, commonly referred to as L-argininosuccinate. This one-step addition reaction was developed by running part of the urea cycle in reverse. The use of this argininosuccinate lyase and reaction monitoring by NMR enabled the development of a biocatalytic asymmetric Michael addition reaction as a novel green chemistry route with high molecular economy for the synthesis of this important metabolite at gram scale.
Recent advances in the field of scientific research have helped to understand the structure and functional activities of enzymes, which has in turn led to an increase in their stability, activity and substrate specificity. Nowadays, biocatalysis provide more sustainable, efficient, and less polluting methods for the production of fine chemicals and advanced pharmaceutical intermediates. The biocatalysts used in this thesis are introduced as a technology for the efficient synthesis of biologically active compounds, which is greener, reduces pollution and costs compared to chemical synthesis. In summary, the pharmaceutical industry should use the advantage of the progress of biochemistry to obtain biocatalysts in the production of fine chemicals on an industrial scale, improving the quality of end products and saving costs.
Abstract
Background
Heparin induced thrombocytopenia (HIT) is likely a misdirected bacterial host defense mechanism. Platelet factor 4 (PF4) binds to polyanions on bacterial surfaces exposing neo‐epitopes to which HIT antibodies bind. Platelets are activated by the resulting immune complexes via FcγRIIA, release bactericidal substances, and kill Gram‐negative Escherichia coli.
Objectives
To assess the role of PF4, anti‐PF4/H antibodies and FcγRIIa in killing of Gram‐positive bacteria by platelets.
Methods
Binding of PF4 to protein‐A deficient Staphylococcus aureus (SA113Δspa) and non‐encapsulated Streptococcus pneumoniae (D39Δcps) and its conformational change were assessed by flow cytometry using monoclonal (KKO,5B9) and patient derived anti‐PF4/H antibodies. Killing of bacteria was quantified by counting colony forming units (cfu) after incubation with platelets or platelet releasate. Using flow cytometry, platelet activation (CD62P‐expression, PAC‐1 binding) and phosphatidylserine (PS)‐exposure were analyzed.
Results
Monoclonal and patient‐derived anti‐PF4/H antibodies bound in the presence of PF4 to both S. aureus and S. pneumoniae (1.6‐fold increased fluorescence signal for human anti‐PF4/H antibodies to 24.0‐fold increase for KKO). Staphylococcus aureus (5.5 × 104cfu/mL) was efficiently killed by platelets (2.7 × 104cfu/mL) or their releasate (2.9 × 104cfu/mL). Killing was not further enhanced by PF4 or anti‐PF4/H antibodies. Blocking FcγRIIa had no impact on killing of S. aureus by platelets. In contrast, S. pneumoniae was not killed by platelets or releasate. Instead, after incubation with pneumococci platelets were unresponsive to TRAP‐6 stimulation and exposed high levels of PS.
Conclusions
Anti‐PF4/H antibodies seem to have only a minor role for direct killing of Gram‐positive bacteria by platelets. Staphylococcus aureus is killed by platelets or platelet releasate. In contrast, S. pneumoniae affects platelet viability.
Plasma medical oncology: Immunological interpretation in head and neck squamous cell carcinoma
(2020)
Over the past several years, various important articles focusing on cancer therapy
approaches in head and neck squamous cell carcinomas (HNSCCs) using cold
atmospheric plasma (CAP) have been published (SEMMLER et al. 2020 [53],
METELMANN et al. 2018 [44], KEIDAR et al. 2011 [33]). This doctoral thesis presents
selected results from a prospective observational clinical study in CAP therapy of
palliative HNSCC patients, carried out at the Department of Oral and Maxillofacial
Surgery/Plastic Surgery of the Greifswald University Medicine. For oral and
maxillofacial surgeons, ulcerated surfaces of locally advanced head and neck squamous
cell carcinomas (UICC IV) offer a challenging treatment assignment with microbial
contamination and tumour progression. The clinical attempt appears to eradicate
microbial contamination and to initiate tumour regression. This doctoral thesis will
describe the processes of human tumour biology and tumour immunology in HNSCCs
and the extent of present knowledge concerning plasma medical oncology as an
anticancer modality. In the introduction of the doctoral thesis clinical results of plasma
therapy in locally advanced HNSCCs (UICC IV) are set out. This mainly includes the
investigation of a therapeutic concept, the treatment phases, the tumour size development
and the morphological changes of the infected tumour surface following cold atmospheric
plasma therapy. In the main part, a detailed immunological interpretation is proposed on
the basis of present preclinical and clinical immunological knowledge. Finally,
unexplored questions in plasma medical oncology are highlighted. This is highly
significant for future plasma research and clinical anticancer therapy.
Lebenslang persistierende Neurogenese ist ein fester Bestandteil des olfaktorischen Systems bei reptanten Dekapoden („Panzerkrebse“; lat. reptans – kriechend; griech. deca – zehn, podes – Füße). Dabei generiert das deutocerebrale proliferative System über die Larvalphase hinaus neue Neuronen, die in die bestehenden neuronalen Netzwerke der deutocerebralen chemosensorischen Loben (auch „olfaktorische Loben“) integriert werden. Während in zahlreichen Studien die phänotypische Ausprägung, der zelluläre Mechanismus zur Umsetzung adulter Neurogenese und deren regulierende Faktoren umfassend untersucht und zum Teil kontrovers diskutiert wurden, ist über die phylogenetische Verbreitung in anderen Taxa der Malacostraca („Höhere Krebse“; griech. malakos – weich, ostrakon – Schale) nichts bekannt. Daher wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit verschiedene Vertreter aus Malakostrakentaxa mit unterschiedlicher phylogenetischer Position untersucht und unter evolutionären Aspekten diskutiert. Wie gezeigt werden konnte, ist adulte Neurogenese vermutlich ein plesiomorphes Merkmal der Eumalacostraca, welches in Vertretern der Euphausiacea („Leuchtgarnelen“; griech. phausis – Leuchten) und Peracarida („Ranzenkrebse“; griech. pera – Ranzen, karides – kleine Seekrebse) reduziert wurde. In Abhängigkeit von der zugrunde gelegten Verwandtschaftshypothese ist die Reduktion der persistierenden Neurogenese entweder mehrfach unabhängig (konvergent) erfolgt oder ein apomorphes Merkmal eines Monophylums aus Euphausiacea und Peracarida. Dagegen ist innerhalb der Decapoda eine Ausdehnung und strukturelle Erweiterung des deutocerebralen proliferativen Systems feststellbar. Um einen möglichen Zusammenhang zur Komplexität und Bedeutung des olfaktorischen Systems zu überprüfen, wurden zusätzlich die neuroanatomischen Merkmale von Vertretern der Decapoda und der Peracarida (am Beispiel der Amphipoda) vergleichend betrachtet. Dabei konnte innerhalb der Decapoda eine Korrelation zwischen der Entwicklung des deutocerebralen proliferativen Systems und der Evolution des akzessorischen Lobus bei Vertretern der Reptantia sowie dessen Reduktion in der Gruppe der Meiura, zu denen die Vertreter der Brachyura („Echte Krabben“; griech. brachys – kurz, oura – Schwanz) und Anomura („Mittelkrebse“; griech. anomalos – ungleich) gehören, festgestellt werden. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden Vermutungen über die im Adultus neu generierten Neuronenklassen und somit über die Funktion adulter Neurogenese aufgestellt. In allen anderen untersuchten Taxa der Malacostraca konnte dagegen keine Korrelation mit der Komplexität des olfaktorischen Systems festgestellt werden.
Cardiovascular diseases are the most common cause of death in industrial nations. The basis of these diseases is a dysfunction in the interaction between the cells the heart is composed of. The main types of cells making up the human heart are cardiomyocytes that build the myocardium and provide the contraction properties, endothelial cells that delimit the blood flowing through the inner chambers and coronary arteries from the myocardial tissue, and fibroblasts, which build the connective tissue. A common process in the development of cardiovascular diseases is the formation of fibrosis due to injury of the endothelium and subsequent infiltration of the cardiac tissue by immune cells, and inflammatory agents like cytokines. Cytokines exert different functions in cardiac cells. Tumor necrosis factor α (TNFα) is an inducer of apoptosis. Transforming growth factor ß (TGFß) is known for activation of proliferation. Other cytokines like C-X-C motif chemokine 11 (CXCL11), interleukin-6 (IL-6), or brain-derived neurotrophic factor (BDNF) have not yet been investigated or their impact on such cells is unknown. Eventually, however, fibrotic scar tissue arises from the transition from fibroblasts to myofibroblasts leading to a stiffening of the cardiac muscle and impaired pump function. In order to prevent the occurrence of these events the balance of proliferation, migration, and differentiation of cardiac cells needs to be controlled very delicately.
The mechanisms controlling these interactions are still not well understood, which is why this work aimed at the elucidation of molecular mechanisms within the three main cell types that might play a role in the regulation of cardiac function. A proteomic approach using mass spectrometry was used to identify alterations in protein levels that could provide hints about the involved pathways and find new players as candidates for more detailed investigation. Initially, the proteomic composition of HL-1 cardiomyocytes, L929 fibroblasts, and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) that were cultivated in standard growth conditions without stress was investigated. Half of the total protein intensity was made up by only 42 to 53 proteins, depending on the cell type. More than a third of all proteins were identified in all three cell types, which may be proteins performing common cell functions. Indeed, the proteins displaying the highest abundance seem to be predominantly involved in such common cellular functions as the regulation of glucose metabolism or the cytoskeleton. More specific functions like heart development and muscle contraction were found enriched in cardiomyocytes as were mitochondrial proteins. The proportion of proteins with extracellular localization and function was higher in fibroblasts and endothelial cells.
Secondly, the impact of cytokines on the proliferative behavior and the proteomic composition of cardiomyocytes and fibroblasts was analyzed. HL-1 cardiomyocytes and L929 fibroblasts were treated with different concentrations of cytokines with a cytotoxic, proliferative, or yet unknown effect on these cells. While HL-1 cells exhibited no macroscopic reaction to any of the cytokines used, cytotoxic/growth inhibitory (TNFα, CXCL11) and proliferative (TGFß, IL6, BDNF) effects were observed for L929 cells. The latter also showed CXCL11-induced upregulated EIF2 signaling, pointing to a higher need of protein synthesis.
The third aim was the examination of proteome adaptations in endothelial cells due to different kinds of stress, as these cells are the first line of defense against inflammatory agents or injury and therefore prone to wounding. The role of the growth factors vascular endothelial growth factor (VEGF) and basic fibroblast growth factor (bFGF) in wounding and starvation was another object of this study as they are known for their angiogenic and cell survival supporting properties. Additionally, the impact of the cellular sex on the response to stress and growth factors was examined, because a person’s sex plays an important role in susceptibility, risk factors, and outcome of cardiovascular diseases. This has mainly been attributed to the different hormone levels, especially the higher levels of estrogen in premenopausal women, which exerts cardioprotective properties, but also genetic background was reported to play an important role. Only few studies that examined the molecular properties of HUVECs considered the cellular sex and if so, the genetic bias of unrelated samples was not taken into account. This is why Lorenz and colleagues at the Charité in Berlin collected HUVECs from newborn twins of opposite sex, cultivated them without stress in standard growth medium, exposed them to wounding and serum starvation, and investigated the impact of the growth factors and the sex on migrational behavior and metabolic issues. The current work focused on the alterations of not only the intra- but also the extracellular proteome, because paracrine signaling is crucial for intercellular communication in order to cope with stress. General differences between male and female cells were observed for proteins encoded on the X chromosome with higher levels in females (DDX3X, UBA1, EIF1AX, RPS4X, HDHD1), except for one protein with higher levels in male cells (G6PD). A Y-chromosomal protein was, for the first time, identified in endothelial cells (DDX3Y). Wounding, starvation, and growth factor treatment led to alterations and sex-specific different levels in an unexpectedly high number of proteins, with VEGF showing a stronger impact than bFGF. Many proteins with alterations observed without taking the sex into account, were actually only changed in male or female cells. Some proteins were regulated in opposite directions, or growth factors inhibited their secretion in a sex-specific way by unknown mechanisms. Tissue factor pathway inhibitor 2 (TFPI2) should be emphasized as a protein with sex-specific differences, especially in the extracellular space and with increased levels after starvation and VEGF treatment. These observations suggest a temporal lack in TFPI2 synthesis and secretion in male cells, which might explain the enhanced adaptation of females to wounding.
The results of this work lay the basis for future investigation by providing a database of intra- and extracellular proteome changes due to different environmental circumstances. It strongly suggests the investigation of male and female HUVECs, and other cells, separately to avoid the impact of the sex observed in this work. Essentially, the observations suggest a number of candidate proteins for more detailed investigations of endothelial and cardiovascular diseases.
The Immunomodulator 1-Methyltryptophan Drives Tryptophan Catabolism Toward the Kynurenic Acid Branch
(2020)
Background: Animal model studies revealed that the application of 1-methyltryptophan (1-MT), a tryptophan (TRP) analog, surprisingly increased plasma levels of the TRP metabolite, kynurenic acid (KYNA). Under inflammatory conditions, KYNA has been shown to mediate various immunomodulatory effects. Therefore, the present study aims to confirm and clarify the effects of 1-MT on TRP metabolism in mice as well as in humans.
Methods: Splenocytes from Balb/C or indoleamine 2,3-dioxygenase knockout (IDO1−/−) mice or whole human blood were stimulated with 1-MT for 6, 24, or 36 h. C57BL/6 mice received 1-MT in drinking water for 5 days. Cell-free supernatants and plasma were analyzed for TRP and its metabolites by tandem mass spectrometry (MS/MS).
Results: 1-MT treatment induced an increase in TRP and its metabolite, KYNA in Balb/C, IDO−/− mice, and in human blood. Concurrently, the intermediate metabolite kynurenine (KYN), as well as the KYN/TRP ratio, were reduced after 1-MT treatment. The effects of 1-MT on TRP metabolites were similar after the in vivo application of 1-MT to C57BL/6 mice.
Conclusions: The data indicate that 1-MT induced an increase of KYNA ex vivo and in vivo confirming previously described results. Furthermore, the results of IDO−/− mice indicate that this effect seems not to be mediated by IDO1. Due to the proven immunomodulatory properties of KYNA, a shift toward this branch of the kynurenine pathway (KP) may be one potential mode of action by 1-MT and should be considered for further applications.
Hintergrund: VPS ist ein bekannter Inhibitor der HDAC. In den zurückliegenden Jahren sind mehrere Publikationen erschienen, die VPS eine bedeutende Rolle in Bezug auf eine neuroprotektive Wirkung zugeschrieben haben. Jedoch sind in diesem Zeitraum auch gegenteilige Ergebnisse veröffentlicht worden. In bisherigen eigenen Voruntersuchungen sahen wir, dass VPS weder neuroprotektive noch zytotoxische Effekte hervorgerufen hatte. In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir unter Verwendung von Dosierungen, die dem therapeutischen Wirkspiegel von VPS entsprachen, ob VPS die neurotoxische Wirkung von MPP+ inhibieren konnte.
Hypothese: Die vorliegende Dissertation soll einen Beitrag zur Erweiterung des Verständnisses der Auswirkungen einer VPS-Gabe auf das Verhalten neuraler Vorläuferzellen liefern. Insbesondere sollte die postulierte neuroprotektive Wirkung von VPS gegenüber dem neurotoxischen Agens MPP+ evaluiert werden.
Methoden: Die fmNPZ werden in einer feuchtigkeitsgesättigten Atmosphäre in einem Expansionsmedium propagiert. Die Differenzierung erfolgt auf PLL beschichteten Kulturplatten in P4-8F Medium mit ohne VPS, 100μg/ml VPS und 200μg/ml VPS für bis zu 96 Stunden. Zur Detektion neuroprotektiver Effekte von VPS verwendeten wir einen Zytotoxizitästest: neben der simultanen Gabe von MPP+ und VPS erfolgte eine 24-stündige Vorbehandlung mit VPS, bevor MPP+ appliziert wurde. Zur Auswertung der Tests kamen histochemische Verfahren (PI/bisBenzimid-Färbung) zur Anwendung. Zur Evaluation des Proliferationspotenzials der fmNPZ unter Anwendung von VPS nutzen wir immunhistochemische Verfahren nach Standardprotokollen unter Verwendung folgender Antikörper: Maus Anti-BrdU (Konzentration: 60μl 5mM Stocklösung/ml), Kaninchen Anti-Ki-67 (1:500) und entsprechende Floureszenz-gelabelte Sekundär-AK (1:500).
Ergebnisse: 100μg/ml als auch 200μg/ml VPS - als Einzelsubstanz - bewirkten nach 96 Stunden Differenzierungszeit eine signifikante Zunahme an avitalen Zellen. MPP+ - als Einzelsubstanz - zeigte die erwartete konzentrationsabhängige signifikante Zunahme an nekrotischen Zellen. Nach Simultangabe von MPP+/VPS bewirkte VPS sowohl unter Expansions- als auch unter Differenzierungsbedingungen keinen signifikant neuroprotektiven Effekt gegenüber MPP+. Nach 24-stündiger Vorbehandlung mit VPS sahen wir unter Expansionsbedingungen nach Applikation von 200μg/ml VPS einen die Toxizität von MPP+ verstärkenden Effekt. Unter Differenzierungsbedingungen bewirkte erst die Zugabe von 60μM MPP+ und eine weitere gemeinsame Kultivierungszeit von 72 Stunden einen signifikanten Anstieg an avitalen Zellen.
Die Proliferationskapazität der fmNPZ war nach Zugabe von 100μg/ml VPS nicht verändert.
Schlussfolgerungen: Zur Klärung der Frage welche Effekte VPS auf das Verhalten prädopaminerger, neuraler Progenitorzellen auslöst, konnte diese Arbeit einen weiteren wichtigen Beitrag leisten. Das gesetzte Ziel konnten wir somit erreichen.
Die Therapie neurodegenerativer Erkrankungen wie die des Morbus Parkinson besteht derzeit in einer rein symptomatischen Behandlung ohne die Progredienz der Erkrankungen deutlich verlangsamen oder gar stoppen zu können. Eine kausale Therapie wie zum Beispiel eine zellbasierte Ersatztherapie konnte bis dato noch nicht erfolgreich etabliert werden.
Unsere Arbeit liefert einen weiteren Beitrag zum Verständnis der Wirkungen von VPS auf das Differenzierungs- und Expansionsverhalten prädopaminerger, neuraler Progenitorzellen.
Unter Berücksichtigung des in dieser Arbeit verwendeten Versuchsaufbaus kann postuliert werden, dass VPS keinen neuroprotektiven Effekt auf die fmNPZ ausübt. In höherer Dosierung als die die dem therapeutischen Wirkspiegel von VPS entsprechen, konnte unter bestimmten Bedingungen ein zytotoxischer Effekt nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse passen sowohl zu früheren Publikationen mit anderen Zellsystemen, die einen toxischen Effekt von VPS beobachtet hatten, als auch zu den Ergebnissen eigener Voruntersuchungen.
Die gewonnenen Erkenntnisse sind unter dem Aspekt der zukünftigen Entwicklung Stammzell-basierter Zellersatztherapien als auch der pharmakologischen Beeinflussung der in vivo Neurogenese von Bedeutung, weil diese Erkenntnisse einerseits Wirkungen von VPS auf Ebene neuraler Vorläuferzellen aufzeigen und andererseits daraus folgend eine kritische Evaluation der Anwendung von VPS ermöglicht.
Einfluss von Paclitaxel und Carboplatin auf das Hitzeschockprotein 27 in Ovarialkarzinomzellen
(2020)
Die hohe Mortalität und späte Erstdiagnose im oft fortgeschrittenen Stadium des OvCas unterstreichen die Notwendigkeit der Identifizierung geeigneter Biomarker. HSP27, Schutzfaktor der Zelle vor gefährdenden Umwelteinflüssen im gesunden Gewebe, Indikator für Tumorprogress und Vermittler von Resistenzen, könnte im Rahmen der Verbesserung diagnostischer und therapeutischer Maßnahmen genutzt werden. Um einerseits geeignete Früherkennungsmaßnamen zu etablieren, andererseits eine mögliche Resistenzbildung zu detektieren und gegen HSP27 gerichtete Therapiemöglichkeiten effizient einsetzen zu können, ist die Charakterisierung des HSP27 Umsatzes von Bedeutung. Die genauen Mechanismen der Resistenzentwicklung, ausgelöst durch Chemotherapie, sind noch nicht vollständig verstanden und wurden in dieser Arbeit in einem Zellkulturmodell untersucht. Dazu wurden die vier Zelllinien OVCAR-3, SK-OV-3, TOV-21G und TOV-112 im Zeitfenster von 120 h mit den mittleren inhibitorischen Konzentrationen der Standardchemotherapeutika Paclitaxel und Carboplatin inkubiert. Nach erreichter Wachstumshemmung konnten die Veränderungen der intra- und extrazellulären HSP27-Konzentrationen mittels Western Blot und ELISA analysiert werden. Es zeigte sich nicht nur ein zellspezifisches, sondern auch ein wirkstoffspezifisches Antwortverhalten der vier Zelllinien. Insgesamt stellte sich im Rahmen einer schnellen Zellantwort im Intrazellularraum eine Tendenz zum Konzentrationsabfall und im Extrazellularraum eine Tendenz zum Konzentrationsanstieg von HSP27 heraus. Womöglich greifen die Medikamente in Regulationen der HSP27 Synthese ein oder führen durch Nekrose-induzierte Wirkung zur vermehrten Freisetzung in den Extrazellularraum. Die genauen Freisetzungsmechanismen sind noch unklar. Eine Induktion von HSP27 blieb zumindest im durchgeführten Zeitfenster aus. Womöglich tritt diese zu einem späteren Zeitpunkt ein. Vorliegende Ergebnisse beleuchten das individuelle Antwortverhalten jeder einzelnen Zelllinie auf äußere Stimuli in Form von Chemotherapie. Zukünftige Untersuchungen im OvCa über einen beispielsweise längeren Zeitraum sind erforderlich, um die Eignung von HSP27 als Indikator für Resistenzbildung weiter zu analysieren und zu bewerten.
Mathematical phylogenetics provides the theoretical framework for the reconstruction and analysis of phylogenetic trees and networks. The underlying theory is based on various mathematical disciplines, ranging from graph theory to probability theory.
In this thesis, we take a mostly combinatorial and graph-theoretical position and study different problems concerning phylogenetic trees and networks.
We start by considering phylogenetic diversity indices that rank species for conservation. Two such indices for rooted trees are the Fair Proportion index and the Equal Splits index, and we analyze how different they can be from each other and under which circumstances they coincide. Moreover, we define and investigate analogues of these indices for unrooted trees.
Subsequently, we study the Shapley value of unrooted trees, another popular phylogenetic diversity index. We show that it may fail as a prioritization criterion in biodiversity conservation and is outcompeted by an existing greedy approach. Afterwards, we leave the biodiversity setting and consider the Shapley value as a tree reconstruction tool. Here, we show that non-isomorphic trees may have permutation-equivalent Shapley transformation matrices and identical Shapley values, implying that the Shapley value cannot reliably be employed in tree reconstruction.
In addition to phylogenetic diversity indices, another class of indices frequently discussed in mathematical phylogenetics, is the class of balance indices. In this thesis, we study one of the oldest and most popular of them, namely the Colless index for rooted binary trees. We focus on its extremal values and analyze both its maximum and minimum values as well as the trees that achieve them.
Having analyzed various questions regarding phylogenetic trees, we finally turn to phylogenetic networks. We focus on a certain class of phylogenetic networks, namely tree-based networks, and consider this class both in a rooted and in an unrooted setting.
First, we prove the existence of a rooted non-binary universal tree-based network with n leaves for all positive integers n, that is, we show that there exists a rooted non-binary tree-based network with $n$ leaves that has every non-binary phylogenetic tree on the same leaf set as a base tree.
Finally, we study unrooted tree-based networks and introduce a class of networks that are necessarily tree-based, namely edge-based networks. We show that edge-based networks are closely related to a family of graphs in classical graph theory, so-called generalized series-parallel graphs, and explore this relationship in full detail.
In summary, we add new insights into existing concepts in mathematical phylogenetics, answer open questions in the literature, and introduce new concepts and approaches. In doing so, we make a small but relevant contribution to current research in mathematical phylogenetics.
Ziel: Der Einfluss von Kompressionsstrümpfen mit integrierter Pflege auf die
Hautfeuchtigkeit bei Patienten mit chronischer venöser Insuffizienz sollte untersucht werden.
Methoden: In dieser prospektiv randomisiert kontrollierten klinischen Studie wurden über
einen Zeitraum von 28 Tagen zwei verschiedene Kompressionsstrumpftypen (KKL 2, AD),
mit und ohne integrierte Pflege, im Parallelgruppenvergleich (je 25 Patienten) getragen. Die
Patienten litten an einer CVI. Die Hautfeuchtigkeit, gemessen mit dem Corneometer®, war
die primäre Zielgröße. Sekundäre Zielkriterien betrafen den transepidermalen Wasserverlust,
die Hautrauigkeit und den Anpressdruck, gemessen mit dem Tewameter®, der FOITSKamera
® und dem PicoPress®. Lebensqualität und Tragekomfort wurden mittels
Fragebögen evaluiert. Die Anpassung der Kompressionsstrümpfe, sowie die
Volumenmessung der Beine erfolgten mit Hilfe des Bodytronic600®. Die genannten
Funktionsparameter wurden am ersten Tag (Visite 1) und am Ende der Tragephase an Tag 28
(Visite 2) gemessen.
Ergebnisse: Probanden, die den MCS trugen, zeigten nach Beendigung der Tragephase einen
signifikanten Abfall der Hautfeuchtigkeit (p=0,021) sowie einen signifikanten Anstieg der
Hautrauigkeit (p=0,001). Patienten mit MCS-SC zeigten nur einen leichten Abfall der
Hautfeuchtigkeit (n.s.) und einen leichten Anstieg der Hautrauigkeit (n.s.). Von den
schützenden Effekten des MCS-SC profitierten vor allem Probanden mit höheren Stadien der
CVI im Stadium 3 (p=0,046), männliche Probanden (p=0,013) und Probanden mit initial
bestehender Hauttrockenheit (p=0,034). Beide MKS, MCS und MCS-SC verbesserten die
Lebensqualität signifikant (Beinbeschwerden: p<0,001; funktioneller Status: p=0,010;
Wohlbefinden und Zufriedenheit: p=0,030).
Diskussion: Kompressionsstrümpfe mit integrierter Pflege zeigten sich im Vergleich zum
konventionellen Kompressionsstrumpf überlegen hinsichtlich der Hautfeuchtigkeit in
Probanden mit niedriger Hautfeuchtigkeit, männlichen Probanden und Probanden im Stadium
C3, Varikose mit Ödem. Medizinische Kompressionsstrümpfe mit Pflegeformel spielen eine
entscheidende Rolle in der modernen konservativen Therapie der CVI, da Sie das Potential
haben unerwünschte Nebenwirkungen zu reduzieren und die Lebensqualität bei Patienten mit
CVI zu verbessern.
Tumorpatienten haben ein erhöhtes Risiko für thrombembolische Ereignisse und werden deshalb oft prophylaktisch mit Heparinen behandelt. Klinische Beobachtungen zeigen, dass Heparine bei Tumorpatienten positive Effekte haben, die über die klassische antikoagulatorische Wirkung hinaus gehen und möglicherweise einen davon unabhängigen Überlebensvorteil bieten. Die genauen Mechanismen sind nicht vollständig geklärt. Diskutiert werden günstige Einflüsse der Heparine auf die Tumorzellen selbst, auf das umgebende Tumormikromilieu oder auch auf die Metastasierung.
Diese Arbeit untersucht, ob Heparine allein oder in Kombination mit dem Chemotherapeutikum Paclitaxel (PTX) einen direkten Einfluss auf das Überleben und das Wachstum humaner Endometriumkarzinomzellen (ECa-Zellen) in vitro haben. Des Weiteren wird überprüft, inwieweit diese Substanzen Auswirkungen auf den Zytokinhaushalt der ECa-Zellen haben.
Anhand von Vitalitäts- und Zytotoxizitätsmessungen zeigte sich, dass Heparine keine Veränderung der Wachstums- und Überlebensraten der untersuchten ECa-Zelllinien in vitro bewirken. Eine Modulation der antimitotischen Wirkung von PTX durch Heparine war nicht nachweisbar. Unter der Behandlung mit PTX kam es bei einigen der untersuchten Zelllinien zu einer signifikant stärkeren Expression und Sekretion der Zytokine RANTES, MCP-1 und IL-6, während der Einsatz von unfraktioniertem Heparin (UFH) keinen generalisierbaren Effekt auf den Zytokinhaushalt der ECa-Zellen erbrachte. Die Kombinationsbehandlung aus PTX und UFH zeigte lediglich bei RL95-2-Zellen eine synergistische Wirkung bei der Zunahme der RANTES-Sekretion.
Um eine genauere Bewertung dieser in vitro beobachteten Effekte zu ermöglichen, sollten weitere Untersuchungen zur Rolle von RANTES, MCP-1 und IL-6 im Tumormikromilieu des Endometriumkarzinom angestrebt werden. Auch wenn sich kein verallgemeinbarer Effekt von Heparinen auf den Zytokinhaushalt der untersuchten ECa-Zellen zeigte, sind einzelne modulatorische Einflüsse denkbar, weil die individuellen Merkmale von Tumorzellen und deren Umgebungscharakteristika eine Vielzahl von Interaktionsmöglichkeiten bieten.
Drained peatlands are significant sources of the greenhouse gas (GHG) carbon dioxide.Rewetting is a proven strategy used to protect carbon stocks; however, it can lead to increasedemissions of the potent GHG methane. The response to rewetting of soil microbiomes as drivers ofthese processes is poorly understood, as are the biotic and abiotic factors that control communitycomposition. We analyzed the pro- and eukaryotic microbiomes of three contrasting pairs ofminerotrophic fens subject to decade-long drainage and subsequent long-term rewetting. Abiotic soilproperties including moisture, dissolved organic matter, methane fluxes, and ecosystem respirationrates were also determined. The composition of the microbiomes was fen-type-specific, but allrewetted sites showed higher abundances of anaerobic taxa compared to drained sites. Based onmulti-variate statistics and network analyses, we identified soil moisture as a major driver ofcommunity composition. Furthermore, salinity drove the separation between coastal and freshwaterfen communities. Methanogens were more than 10-fold more abundant in rewetted than in drainedsites, while their abundance was lowest in the coastal fen, likely due to competition with sulfatereducers. The microbiome compositions were reflected in methane fluxes from the sites. Our resultsshed light on the factors that structure fen microbiomes via environmental filtering.
Die Diagnostik der schweren Sepsis und des septischen Schocks stellt eine Herausforderung dar, denn noch heute kann nur ein Zusammenspiel aus vielen Einzelparametern einen Anhalt für eine septische Erkrankung geben. Die Abnahme von Blutkulturen gilt dabei als Goldstandard der Diagnostik einer Sepsis und des septischen Schocks und stellt ein wichtiges Hilfsmittel dar, um Erreger nachweisen zu können. Diese Suche der verursachenden Erreger im Blut dient der adäquaten Therapieeinleitung. Die gezielte Antibiotikawahl kann bei Sepsispatienten das Outcome verbessern, die Krankenhausliegezeit verkürzen sowie einer Resistenzentwicklung entgegenwirken.
Mit der vorliegenden Arbeit sollten Zusammenhänge zwischen der Anzahl abgenommener Blutkultursets und der Positivitätswahrscheinlichkeit bei Patienten mit schwerer Sepsis und septischen Schock unter den heutigen Bedingungen einer Leitlinien-orientierten Diagnostik und Therapie untersucht werden. Damit sollten Empfehlungen bezüglich der Anzahl zu entnehmender Blutkultursets aufgezeigt werden. In einer retrospektiven Datenanalyse wurden die Daten von 590 Patienten der Universitätsmedizin Greifswald mit schwerer Sepsis und septischen Schock und damit 4464 Blutkultursetergebnisse analysiert. Es wurden unterschiedliche Gesichtspunkte aus zwei Gruppen untersucht und miteinander verglichen. Der erste untersuchte Schwerpunkt umfasste alle Blutkulturpaare, die während der beiden definierten Zeiträume entnommen wurden. Letztendlich konnte gezeigt werden, dass für beide Zeitgruppen mit der Entnahme von drei Blutkultursets Positivitätswahrscheinlichkeiten über 98% erreicht werden konnten.
Es wurden ebenfalls die Positivitätsraten für verschiedene Keimspezies untersucht. Es konnte bei der überwiegenden Anzahl der detektierten Keimspezies die Entnahme von drei Blutkultursets empfohlen werden. Bei einigen Problemkeimen wie z.B. P. aeruginosa sollte im Vorfeld eine Abwägung für die Wahrscheinlichkeit des Keims als ursächlich für die Sepsis erfolgen. Ist die Wahrscheinlichkeit hoch, sollten als praktische Konsequenz vier Blutkulturpaare entnommen werden.
Weiterhin wurden die Positivitätswahrscheinlichkeiten der verschiedenen Primärfokusse verglichen. Hier reichte es in der 2-Stunden-Gruppe aus, zwei Blutkultursets zu entnehmen, um eine über 95%ige Nachweisrate von Erregern zu erzielen. Im Vergleich dazu zeigte sich für die 24-Stunden-Gruppe, dass dafür drei Blutkulturpaare notwendig waren. Da der Respirationstrakt und der abdominelle Fokus
fast Dreiviertel aller Fokusse in unserer Studie darstellten, sollte bei diesen Primärfokussen die Positivitätsrate möglichst hoch angestrebt werden. Daher zogen wir das praktische Fazit, dass auch hier unabhängig der Zeitgruppe drei Blutkulturen entnommen werden sollten. Somit sollten drei Blutkultursets bei Sepsisverdacht aus einer Punktionsstelle vor dem Beginn einer Antibiotikatherapie entnommen werden. Neben einer deutlichen Zeitersparnis konnten für die meisten Mikroorganismen sowie Primärfokusse damit maximale Positivitätswahrscheinlichkeiten erzielt werden. Von einer Entnahme von nur einem Set sollte abgesehen werden. Die Differenzierung bei einem Hautkeimnachweis in einer entnommenen Blutkultur zwischen einer möglichen Kontamination oder einer echten Bakteriämie ist dabei nur bedingt zu interpretieren. Für noch konkretere Aussagen und zur stetigen Verbesserung unserer Medizin sind weitere Studien mit dieser Thematik entsprechend unabdinglich.
In dieser Studie wurde erstmals MRT-basiert mittels Feature-Tracking die Assoziation der linksventrikulären Wandbewegungsparameter Strain, Strain Rate, Velocity und Displacement mit den kardiovaskulären Risikofaktoren erhöhter BMI, Diabetes mellitus und arterielle Hypertonie an einer großen bevölkerungsbasierten Stichprobe untersucht. In Umfang und Betrachtung vergleichbare Studien gibt es derzeit nicht.
Die Analyse wurde mit Hilfe der 2D CPA MR Software Version 1.0 des Unternehmens TomTec an CINE-MRT-Bildsequenzen aus SHIP-2 und SHIP-Trend durchgeführt. Die Bestimmung der Wandbewegungsparameter erfolgte im 2 CH und 4 CH für die longitudinale und transversale Herzachse sowie in der SAX für die circumferentielle und radiale Herzachse. Es konnten folgende signifikante Unterschiede der Wandbewegungsparameter festgestellt werden (p ≤ 0.05).
Für Probanden mit einem BMI > 25 kg/m2 wurden gegenüber solchen mit einem BMI ≤ 25 kg/m2 signifikant erhöhte Werte bezüglich der radialen Velocity in der SAX sowie des longitudinalen Displacement im 2 CH gemessen. Weiterhin zeigten sich die jeweils longitudinalen und transversalen Parameter des Strain, der Strain Rate, der Velocity und des Displacement im 4 CH signifikant erhöht bei Vorliegen eines BMI > 25 kg/m2 im Vergleich zu einem BMI ≤ 25 kg/m2.
Für den Diabetes mellitus konnte hinsichtlich des Strain, der Strain Rate, der Velocity und des Displacement kein unabhängig signifikanter Unterschied zwischen den Vergleichsgruppen nachgewiesen werden.
Bezüglich der arteriellen Hypertonie bestanden gegenüber der Vergleichsgruppe ohne arterielle Hypertonie im 4 CH für alle Parameter abgesehen von der transversalen Strain Rate signifikant erhöhte Werte. Dies galt mit Ausnahme der radialen Strain Rate und circumferentiellen Velocity auch für die SAX. Im 2 CH zeigten sich nur die longitudinale Velocity sowie das longitudinale Displacement signifikant erhöht in der Gruppe der Hypertoniker gegenüber den Nicht-Hypertonikern.
Somit konnten in dieser Studie erstmals mittels Feature-Tracking in der SAX sowie dem 2 CH und 4 CH signifikante Einflüsse eines steigenden BMI beziehungsweise einer arteriellen Hypertonie auf die linksventrikulären Wandbewegungsparameter Strain, Strain Rate, Velocity und Displacement nachgewiesen werden.
Das Prostatakarzinom ist einer der häufigsten malignen Tumoren des Mannes, für dessen Behandlung verschiedene Therapieoptionen zu Verfügung stehen. Aufgrund steigender Inzidenzzahlen und Sterbefälle ist das Verständnis der Pathophysiologie und biochemischer Zusammenhänge dieser Erkrankung für die Entwicklung neuer Ansätze in Therapie und Prävention von entscheidender Bedeutung.
Der Einfluss von PC-1 (Isoform 1 des Tumorproteins D52) auf die Proliferation, Tumorprogression und Entwicklung eines kastrationsresistenten Karzinoms unter Androgen-ablativer Therapie ist bekannt, genauere Mechanismen sind jedoch bis heute nicht vollständig geklärt. Durch Pulldown-Experimente aus Vorarbeiten wurde die Arginase-1 als möglicher Interaktionspartner von PC-1 identifiziert. Dieses Enzym fördert durch Bildung von Polyaminvorläufern und immunsupprimierende Eigenschaften die Proliferation in verschiedenen Tumorgeweben und ist wie PC-1 auch im Prostatakarzinom überexprimiert.
Zur Charakterisierung des Enzyms Arginase-1 und dessen Rolle im Argininmetabolismus des Prostatakarzinoms wurden Expressionsprofile beider Arginase-Isoformen sowie weiterer Enzyme des Argininstoffwechsels (ASSY, OTC, OAT) in LNCaP-Zellen unter verschiedenen Kultivierungsbedingungen nach 3, 7 und 11 Tagen bestimmt. Die Quantifizierung von mRNA und Proteinen zeigte verringerte Expressionen von Arginase-1, Arginase-2 und PC-1 unter Androgenablation sowie erhöhte Expressionen unter Einfluss des synthetischen Steroid-hormons R1881. Die Werte der Enzymaktivitätsbestimmung der Arginase bestätigten diese Ergebnisse. In stabil transfizierten LNCaP-PC-1-Zellen wurde gezeigt, dass allein die Überexpression von PC-1 zu leicht erhöhten Expressionen beider Arginase-Isoformen führt.
Mit Hilfe von Zellfraktionierung und Immunfluoreszenzfärbungen konnten die intrazellulären Lokalisationen der untersuchten Proteine bestimmt werden. Die Arginase-1 wurde sowohl im Zytoplasma als auch im Kern detektiert, während PC-1 und andere Enzyme des Arginin-stoffwechsels vorwiegend im Zellplasma nachgewiesen werden konnten. Eine Kolokalisation zwischen Arginase-1 und PC-1 würde dementsprechend nur im Zytoplasma der Zellen erwartet werden. Mit Hilfe von Kolokalisationsanalysen anhand von Immunfluoreszenz-aufnahmen und der Co-Immunpräzipitation konnte eine Interaktion zwischen PC-1 und Arginase-1 verifiziert werden.
Diese Erkenntnisse zur Arginase-1 sowie weitere, notwendige Untersuchungen einer potenziellen, möglicherweise synergistischen Interaktion mit PC-1 im Zusammenhang mit Proliferation und Tumorprogression des Prostatakarzinoms könnten neue Therapieansätze ermöglichen.
In 2010, the identification of 17 novel (R)-ATAs represented a breakthrough for the biocatalytic asymmetric synthesis of chiral amines, because only one (R)-ATA was described before. These novel ATAs were identified in a bioinformatic approach by studying the substrate acceptance of BCATs and DATAs to deduce the unknown substrate coordination of (R)-ATAs. Article I describes an alternative approach for the identification of (R)-ATA activity by reengineering the substrate- recognition site of α-AATs. While the engineering of the eBCAT led to the formation of an initial (R)-amine acceptance only, the (R)-ATA activity was successfully introduced in the DATA scaffold. These results demonstrate the transformation of an α-AAT in a moderately active (R)-ATA for the first time and highlight the evolutionary relationship between α-AATs and ATAs. Despite the availability of different ATAs nowadays, their substrate spectrum is limited due to the natural composition of their active sites. Several protein-engineering studies showed the widening of the substrate spectrum and the acceptance of bulky substrates by screening large mutant libraries to identify beneficial variants. In Article II, we developed an in silico engineering approach for amine transaminases to improve the conversion of bulky substrates and to reduce the number of variants to be tested in the laboratory. The resulting double-mutants of the (S)-ATA from C. violaceum displayed a >200-fold improved activity towards the bulky benchmark substrate. These variants expand the available biocatalytic toolbox for the synthesis of bulky amines, and the developed framework paves the way for rational protein-engineering protocols.
By studying unconventional transaminase substrates, we explored the potential of the available in- house transaminase toolbox in Articles III, IV, V, and VI. In Article III, we showed the transamination of a β-keto ester, leading to the synthesis of β-phenylalanine. The described cascade in Article IV enables the synthesis of amino carbohydrates. In addition, Article V describes an enzymatic cascade for the synthesis of amino fatty acids, which was extended in Article VI to obtain fatty amines.
The findings of this thesis clearly contribute to the understanding of the substrate scope and specificity of amine transaminases and expand the application of this versatile biocatalyst beyond classical ketone substrates.
Streptococcus pneumoniaeinfections lead to high morbidity and mortality rates worldwide.Pneumococcal polysaccharide conjugate vaccines significantly reduce the burden of disease but havea limited range of protection, which encourages the development of a broadly protective protein-basedalternative. We and others have shown that immunization with pneumococcal lipoproteins that lackthe lipid anchor protects against colonization. Since immunity againstS. pneumoniaeis mediatedthrough Toll-like receptor 2 signaling induced by lipidated proteins, we investigated the effects ofa lipid modification on the induced immune responses in either intranasally or subcutaneouslyvaccinated mice. Here, we demonstrate that lipidation of recombinant lipoproteins DacB and PnrAstrongly improves their immunogenicity. Mice immunized with lipidated proteins showed enhancedantibody concentrations and different induction kinetics. The induced humoral immune responsewas modulated by lipidation, indicated by increased IgG2/IgG1 subclass ratios related to Th1-typeimmunity. In a mouse model of colonization, immunization with lipidated antigens led to a moderatebut consistent reduction of pneumococcal colonization as compared to the non-lipidated proteins,indicating that protein lipidation can improve the protective capacity of the coupled antigen. Thus,protein lipidation represents a promising approach for the development of a serotype-independentpneumococcal vaccine.
Langzeitergebnisse nach endoskopischer Resektion von Kolloidzysten: Eine Retrospektive Datenanalyse.
(2020)
Sowohl die mikrochirurgische als auch die endoskopische Entfernung sind sichere und etablierte Therapieverfahren zur Behandlung von Kolloidzysten im 3. Ventrikel. Seit Jahrzehnten herrschte eine Debatte darüber, welche Technik die Beste und Effektivste ist. Viele Studien haben gezeigt, dass die Raten einer vollständigen endoskopischen Zystenentfernung geringer sind als bei den mikrochirurgischen Fallserien. Daraus resultiert ein erhöhtes Risiko für ein Zystenrezidiv. Leider gibt es bisher nur wenige Langzeitstudien zur Rezidivrate. Aus diesem Grund entschieden wir uns für eine erneute Auswertung unserer frühesten 20 Fälle. Die Zielsetzung dieser Studie war eine Evaluation der Langzeitergebnisse nach endoskopischer Operation hinsichtlich der Rate an vollständiger Zystenresektion, der Zystenrezidive und des Therapieerfolges.
Im Zeitraum von August 1993 und Dezember 2008 wurden in unserer neurochirurgischen Klinik 20 Patienten mit symptomatischen Kolloidzysten endoskopisch behandelt. Von September 2009 bis November 2011 erfolgte die Nachuntersuchung, an der insgesamt 18 Patienten teilnahmen. Von 17 Patienten könnte eine aktuelle MRT akquiriert werden.
Eine endoskopische Kolloidzystenresektion wurde bei insgesamt 19 Patienten durchgeführt. Bei einem Patienten wurde nur eine endoskopische Plexuskoagulation und Erweiterung des ipsilateralen Foramen Monroi durchgeführt. Eine komplette Zystenentfernung gelang bei 16 Patienten. In 3 Fällen musste ein kleiner Zystenmembranrest belassen werden. Während einer Operation musste auf eine mikrochirurgische Technik umgestellt werden. Geringfügige vorübergehende Komplikationen traten bei 6 Patienten auf. Die durchschnittliche Follow-up-Dauer der Patientenkohorte betrug 188 Monate. Die präoperativ beklagte Beschwerde-symptomatik konnte bei 16 Patienten komplett behoben und bei 2 Patienten gebessert werden. In dem Fall wo die Zyste belassen wurde, zeigte sich bildgebend keine Größenzunahme. In 2 von 3 Fällen mit Zystenresten kam es zu einem Rezidiv. Keines der Zystenrezidive verursachte im Follow-up-Zeitraum Symptome oder musste operativ behandelt werden.
Unsere Studie konnten zeigen, dass die endoskopische Kolloidzystenresektion eine sichere und effektive Behandlungsmethode mit exzellenten Langzeitergebnissen ist.
Weiterhin stellten wir fest, dass wenn auch nur kleinste Reste der Zystenmembran zurückbleiben, ein signifikantes Risiko für ein Zystenrezidiv besteht. Als Therapie erster Wahl empfehlen wir deshalb eine primär komplette endoskopische Kolloidzystenentfernung. Es gibt weiterhin keinen wissenschaftlichen Beweis dafür, welches operative Behandlungsverfahren das Beste ist.
Aktuell steht eine Vielzahl von Operationstechniken für die Versteifung des Fingermittelgelenkes zur Verfügung. Ziel dieser Studie ist, die Eignung eines Kompressionsdrahtes (Königsee Implantate, Allendorf, Deutschland) für die Fingermittelgelenksarth- rodese biomechanisch zu untersuchen. Als Referenzverfahren diente die intraossäre Drahtnaht mit schrägem Kirschnerdraht nach Lister. In einer Cross-over-Studie wurden in biomechanischen Versuchen an menschlichen Leichenknochen jeweils drei verschiedene Implantatkonfigurationen (intraossäre Drahtnaht, ein einzelner schräger Kompressionsdraht sowie zwei gekreuzte Kompres- sionsdrähte) jeweils in Flexions- und Extensionsrichtung bis 10° belastet und die dazu benötigte Kraft gemessen. Dazu wurden zwei Gruppen zu zehn bzw. elf Präparaten gebildet. Weiterhin wurden Maximalbelastungsversuche in Extensionsrichtung mit der intraossären Drahtnaht und einem einzelnen Kompressionsdraht durchgeführt. Hierzu wurden zwei Gruppen zu acht bzw. neun Präparaten gebildet. Die Belastung erfolgte kontinuierlich bis zum Bruch des Präparates bzw. zum Implantatversagen. Zur Untersuchung des Einflusses der Knochendichte wurde diese mittels Dualer Röntgen-Absorptiometrie (DXA) gemessen. Bei den Cross-over-Versuchen zeigte sich ein statistisch relevanter Verschleißeffekt der Präparate, sodass jeweils nur die erste Versuchsserie in die statistische Auswertung miteinbezogen werden konnte. In beiden Belastungsrichtungen zeigte sich eine statistisch signifikante Überlegenheit des einzelnen Kompressionsdrahtes bzw. der gekreuzten Kompressionsdrähte gegenüber der intraossären Drahtnaht, unter Miteinbeziehung der Knochendichte in die statistische Auswertung zeigte sich keine statistisch signifikante Überlegenheit. Die Maximalbelastungsversuche zeigten keinen statistisch signifikanten Unterschied zwischen den beiden Techniken und es konnte kein Einfluss der Knochendichte auf die biomechanische Stabilität nachgewiesen werden. In der Zusammenschau der Messergebnisse und aufgrund möglicher operationstechnischer Vorteile kann der Kompressionsdraht zur Arthrodese des Fingermittelgelenkes als geeignet angesehen werden. Weiterführende biomechanische und klinische Studien sollten angestrebt werden, um den Einsatz des Kompressionsdrahtes als neue Technik zur Arthrodese des Fingermittelgelenkes zu etablieren.
Kaltes, gewebeverträgliches Plasma (tissue tolerable plasma – TTP) besitzt vielfach nachgewiesene anti-Tumor Effekte und stellt eine potentielle Option für die Tumortherapie dar. TTP ist ein partiell ionisiertes Gas, das durch Generierung reaktiver Spezies dosisabhängig proliferationshemmende Eigenschaften besitzt und dabei selektiver auf maligne gegenüber nicht-maligne Zellen wirkt. Das Pankreaskarzinom ist trotz moderner Medizin noch immer eine große Herausforderung im klinischen Alltag. Charakteristisch für das Pankreaskarzinom ist eine hochgradige Resistenz gegenüber Chemotherapeutika. Das potenteste Standardchemotherapeutikum Gemcitabin verlängert die mittlere Überlebenszeit nur um knapp zwei Wochen. TTP könnten hier eine Verbesserung bringen und durch synergistische Effekte eine Therapieergänzung darstellen.
Die vorliegende Arbeit untersucht in vitro die Effekte von TTP-behandeltem Medium und Gemcitabin auf murine 6606PDA-Pankreaskarzinomzellen und C57BL/6 Fibroblasten. Im Zellviabilitätsassay zeigte die Kombinationstherapie einen signifikant höheren inhibitorischen Effekt auf 6606PDA-Zellen als die jeweiligen Monotherapien. 25 s TTP-Behandlung führten bereits zu einer 50 % Reduktion der Zellviabilität. Im Gegensatz dazu waren es bei den Fibroblasten 70 s. Die Zugabe des Radikalfängers N-Acetylcystein bestätigte durch Abschwächung der TTP-Effekte die Mitbeteiligung reaktiver Spezies. Apoptose wurde im Caspase 3/7 Assay und p38 MAPK im Western Blot analysiert. Auch hier konnte die höchste Apoptoserate in 6606PDA-Zellen nach Kombinationsbehandlung nachgewiesen werden. Weiterhin inhibierte TTP alleine sowie in Kombination mit Gemcitabin signifikant die Tumorzellmigration. Durch die synergistischen Effekte war insgesamt eine Dosisreduktion von Gemcitabin bei signifikant hohem Tumorzelluntergang möglich.
Erstmalig konnte mit dieser Arbeit gezeigt werden, dass TTP-behandeltes Zellkulturmedium mit Gemcitabin in 6606PDA-Zellen synergistische anti-Tumor Effekte aufweist. Dabei konnten grundlegende Erkenntnisse über die molekularen Wirkungen gewonnen werden. Diese Ergebnisse müssen nun in weiteren Arbeiten in vivo verifiziert werden, um später einen erfolgreichen Transfer „from bench to bedside“ zu ermöglichen.
Inflammatory Joint Disease Is a Risk Factor for Streptococcal Sepsis and Septic Arthritis in Mice
(2020)
Septic arthritis is a medical emergency associated with high morbidity and mortality, yet hardly any novel advances exist for its clinical management. Despite septic arthritis being a global health burden, experimental data uncovering its etiopathogenesis remain scarce. In particular, any interplay between septic arthritis and preceding joint diseases are unknown as is the contribution of the synovial membrane to the onset of inflammation. Using C57BL/6 mice as a model to study sepsis, we discovered that Group A Streptococcus (GAS) – an important pathogen causing septic arthritis - was able to invade the articular microenvironment. Bacterial invasion resulted in the infiltration of immune cells and detrimental inflammation. In vitro infected fibroblast-like synoviocytes induced the expression of chemokines (Ccl2, Cxcl2), inflammatory cytokines (Tnf, Il6), and integrin ligands (ICAM-1, VCAM-1). Apart from orchestrating immune cell attraction and retention, synoviocytes also upregulated mediators impacting on bone remodeling (Rankl) and cartilage integrity (Mmp13). Using collagen-induced arthritis in DBA/1 × B10.Q F1 mice, we could show that an inflammatory joint disease exacerbated subsequent septic arthritis which was associated with an excessive release of cytokines and eicosanoids. Importantly, the severity of joint inflammation controlled the extent of bone erosions during septic arthritis. In order to ameliorate septic arthritis, our results suggest that targeting synoviocytes might be a promising approach when treating patients with inflammatory joint disease for sepsis.
Background: Physical inactivity is one of the main risk factors for cardiovascular disease,
which remains a major cause of death in Germany and around the globe. Thus, investigating
prevalences, population trends, high-risk groups, and intervention effects of physical activity
(PA) and sedentary time (ST) is highly relevant to public health. To receive reliable data, a
key issue in research is to apply an appropriate study design including the carefully
considered use of assessments. Otherwise, bias to PA and ST data may be introduced. The
present thesis investigates three often overlooked issues related to the impact of measurement
on PA and ST research data. The first aim was to examine whether mere measurement alters
PA and ST over the course of twelve months (study 1). The second aim was to identify
potential socio-demographic and cardiometabolic moderators of the mere-measurement effect
(study 2). The third aim was to present design, protocol, and preliminary results of an interim
analysis of a randomized controlled trial (RCT) aiming to test whether a video demonstration
of PA intensity levels reduces the lack of agreement between self-reported and objectively
measured PA (study 3).
Methods: Studies 1 and 2 were based on data of a trial to test the feasibility of a brief tailored
letter intervention to increase PA and to reduce ST during leisure time. Among a sample of
subjects with no history of myocardial infarction, stroke, or vascular interventions, a number
of 175 individuals aged 40 to 65 years participated in the study. At baseline, participants
received standardized measurement of blood pressure and waist circumference, blood sample
taking, and seven-day accelerometry. At baseline and after one, six, and twelve months,
participants completed the International Physical Activity Questionnaire (IPAQ). A random
subsample received a brief tailored letter intervention at months one, three, and four. A
number of 153 participants were included in study 1 using all available data across 12 months.
Changes in PA and ST were analyzed using latent growth modeling. For study 2, baseline and
one-month follow-up data of 175 participants were used. Dependence of one-month changes
in PA and ST on socio-demographic and cardiometabolic variables was analyzed using linear
regression models. In study 3, individuals aged between 40 and 75 years were recruited at a
shopping mall in Greifswald, Germany. Participants received seven-day accelerometry and
were invited to the cardiovascular examination center of the University Medicine Greifswald.
After random allocation to experimental and control group, they completed the selfadministered
IPAQ – Short Form via tablet-computer. The experimental group additionally
received a video demonstration of PA intensity levels before answering the questionnaire. A number of 131 participants were analyzed to receive preliminary results of an interim analysis
in order to verify the presumptions made for the a priori power calculation and to decide on
early stopping of the study. The difference between the study groups in the agreement
between self-reported and accelerometer-based PA was analyzed using a two-sample t-test.
Results: In study 1, results revealed no change in leisure-time PA, an increase in transportrelated
PA (p = .023), and a tendency towards a reduction of ST (p = .060) between baseline
and one-month assessment. Further, ST decreased between six and twelve months (p = .037).
Time trends of the intervention group did not differ significantly from those of the
assessment-only group. Results of study 2 revealed that men increased transport-related PA
more than women (p = .031) and men with higher triglycerides increased transport-related PA
less than men with lower triglycerides (p = .043). Men with higher systolic blood pressure
reduced ST more than those with lower systolic blood pressure (p = .028). However, this
linear association ceased to exist at a level of approximately 145 mmHg. A similar
relationship was found for glycated hemoglobin and ST in men. In study 3, preliminary
results of the interim analysis revealed a lower formal mean difference in the video group (M
= 21.8 min/day, SD = 108.9) compared to the control group (M = 41.0 min/day, SD = 117.4,
t(129) = 0.97, p = .166). The p-value lay between the significance (p < .010) and futility (p >
.269) boundaries of the test simulations.
Conclusions: Results of the present thesis have three implications for considering the impact
of PA and ST assessments in cardiovascular research. First, mere-measurement effects within
a feasibility trial were found in transport-related PA and ST suggesting to interfere with
potential intervention effects. Thus, measurement effects should be considered when planning
studies and interventions and when interpreting outcomes. Second, male sex and more
favorable triglycerides levels in men were associated with a higher increase of transportrelated
PA whereas worse health in men was associated with a higher reduction of ST. Thus,
using the mere-measurement effect for prevention purposes may require researchers and
practitioners to tailor PA and ST intervention components to individuals’ health condition.
Third, the design and protocol of the RCT seems appropriate to test the effect of a novel video
on the gap between self-reported and accelerometer-based PA. Preliminary results point to the
efficacy of the video.
Der „Dysphonia Severity Index“ (DSI) stellt ein Gesamtmaß zur Beschreibung des Heiserkeitsgrades eines Patienten dar. Er setzt sich aus den Parametern: „MPT, F(0)-High, I-low und Jitter“ zusammen.
In der Vergangenheit konnten einige Studien zeigen, dass die Retest-Reliabilität des DSI ungenügend ist. Die Studienergebnisse deuteten außerdem daraufhin, dass beim „Jitter“ von allen Parametern des DSI die größte Wiederholungsungenauigkeit besteht. Versuche, die Messung und Analyse des „Jitters“ und damit dessen Retest-Reliabilität zu verbessern, mündeten nach den Empfehlungen von Brockmann-Bauser et al. in der Verwendung einer Mindestlautstärke von 80 dB(A) bei der Aufnahme des „Jitters“. Zusätzlich gab es Bestrebungen von Choi et al., die Analyse des „Jitters“ zu optimieren, indem hinsichtlich der Stimmfrequenz eine computergesteuerte Auswahl des stabilsten Segments einer Tonspur, die sogenannte „Moving-Window-Methode“, vorgenommen wurde.
Das Ziel dieser Studie war die Untersuchung und Verbesserung der Retest-Reliabilität des DSI durch drei Variationen der „Jitter-Bestimmung“, die auf den Arbeiten von Brockmann-Bauser et al. und Choi et al. aufbauten. In der ersten Variation wurde der „Jitter“ mit einer Mindestlautstärke von 80 dB(A) gemessen, in der zweiten Variation wurde der „Jitter“ mit der „Moving-Window-Methode“ bestimmt und in der dritten Variation wurden die beiden Methoden miteinander kombiniert.
Zur Untersuchung der Studienziele wurde eine klinische Studie mit insgesamt 76 stimmgesunden und erwachsenen Probanden durchgeführt. Bei jedem Versuchsteilnehmer wurden die Parameter des DSI in zwei zeitlich getrennten Sitzungen erhoben. Dabei wurde der „Jitter“ zunächst konventionell und in dem darauffolgenden Schritt mit einer Mindestlautstärke von 80 dB(A) erfasst. Aus diesen beiden „Jitter-Werten“ erfolgte jeweils die weitere Bestimmung des „Jitters“ nach der „Moving-Window-Methode“, sodass am Ende vier verschiedene „Jitter-Werte“ für jeden Probanden in einer Sitzung vorlagen. Die einzelnen „Jitter-Werte“ dienten dazu, mit den übrigen Parametern der DSI-Formel insgesamt vier verschiedene DSI-Werte zu berechnen.
Zur Überprüfung der Retest-Reliabilität der verschiedenen DSI-Bestimmungsmethoden wurde der Pearson-Korrelationskoeffizient zwischen der Erst- und Wiederholungsmessung jeder Methode berechnet und anschließend mit einem Signifikanztest, dem „Steiger-Test“, auf Unterschiedlichkeit geprüft.
Zur Berechnung der „kritischen Differenz“, wurde eine „Bland-Altman-Analyse“ durchgeführt. Die „kritische Differenz“ gibt die Abweichung zwischen zwei DSI-Messungen an, ab der ein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Messungen besteht.
Die statistischen Untersuchungen konnten nicht beweisen, dass eine der in dieser Studie vorgeschlagenen Variationen zur „Jitter-Bestimmung“ zu einer signifikanten Verbesserung der Retest-Reliabilität des DSI gegenüber der konventionellen „Jitter-Bestimmung“ führt. Der „Jitter“ ist auch gemäß den Ergebnissen dieser Studie der Parameter mit der größten Variabilität. Die „kritische Differenz“ für den DSI beträgt nach dieser Studie ± 2,095.
Exploring Virulence Factors and Alternative Therapies against Staphylococcus aureus Pneumonia
(2020)
Abstract
Higher biodiversity can stabilize the productivity and functioning of grassland communities when subjected to extreme climatic events. The positive biodiversity–stability relationship emerges via increased resistance and/or recovery to these events. However, invader presence might disrupt this diversity–stability relationship by altering biotic interactions. Investigating such disruptions is important given that invasion by non‐native species and extreme climatic events are expected to increase in the future due to anthropogenic pressure. Here we present one of the first multisite invader × biodiversity × drought manipulation experiment to examine combined effects of biodiversity and invasion on drought resistance and recovery at three semi‐natural grassland sites across Europe. The stability of biomass production to an extreme drought manipulation (100% rainfall reduction; BE: 88 days, BG: 85 days, DE: 76 days) was quantified in field mesocosms with a richness gradient of 1, 3, and 6 species and three invasion treatments (no invader, Lupinus polyphyllus, Senecio inaequidens). Our results suggest that biodiversity stabilized community productivity by increasing the ability of native species to recover from extreme drought events. However, invader presence turned the positive and stabilizing effects of diversity on native species recovery into a neutral relationship. This effect was independent of the two invader's own capacity to recover from an extreme drought event. In summary, we found that invader presence may disrupt how native community interactions lead to stability of ecosystems in response to extreme climatic events. Consequently, the interaction of three global change drivers, climate extremes, diversity decline, and invasive species, may exacerbate their effects on ecosystem functioning.
Die Regulation der adaptiven Immunantwort im Verlauf der schweren akuten Pankreatitis im Mausmodell
(2020)
Die akute Pankreatitis ist eine weit verbreitete gastrointestinale Erkrankung, die assoziiert sein kann mit Multiorganversagen und einer nicht unwesentlichen Mortalität. Die Pankreatitis beginnt mit einer sterilen Entzündung, die eine überschießende inflammatorische Immunantwort (SIRS) induzieren kann. Die dahinter stehenden Mechanismen sind bisher noch nicht verstanden und eine Behandlung aus diesem Grund schwierig.
Um die systemische Immunantwort während der Pankreatitis genauer zu untersuchen, wurde in dieser Studie in unterschiedlichen Mausstämmen (IL-12p40-, NLRP3- und IL-18 knockout Mäuse) eine akute Pankreatitis mittels Gangligatur und der Applikation von Caerulein induziert. Die Aktivierung der erworbenen Immunantwort wurde mittels durchflußzytometrischer Analyse der T-Zellen in der Milz gemessen. Die Differenzierung der T-Zellen zu Th1/Th2/Treg-Zellen wurde durch die Färbung der nukleären Transkriptionsfaktoren Tbet, Gata3 und FoxP3 und CD4+-Zellen untersucht.
Im Zuge dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung des erworbenen Immunsystems abhängig von NLRP3 ist. Während der Pankreatitis zeigte sich eine klare Th2-Antwort in Abwesenheit einer Th1-Antwort. Diese Immunantwort war abhängig von IL-18 in Abwesenheit von IL-12. Die therapeutische Inhibition von NLRP3 zeigte eine deutliche Reduktion der T-Zell-Aktivierung und einen milderen Krankheitsverlauf der Pankreatitis.
Im Gegensatz zu anderen Arbeiten, die davon ausgehen, dass es erst zu einer überschießenden Inflammation (SIRS) und dann zu einer zu starken Gegenreaktion, Anti-Inflammation (CARS), kommt, konnte gezeigt werden, dass im Verlauf der Pankreatitis SIRS und CARS parallel verlaufen. Durch die Inhibition von NLRP3 kommt es zu einer milderen Immunantwort und milderen Krankheitsverlauf. Aus diesem Grund kann der Einsatz von Inhibitoren gegen NLRP3 ein guter therapeutischer Ansatz für den klinischen Alltag und bei der Behandlung der akuten Pankreatitis sein.
Interleukin-33 (IL-33) is a mucosal alarmin belonging to the IL-1 cytokine family and is now recognized to have a key role in innate and adaptive immunity, contributing to tissue homeostasis and response to environmental stresses. In addition, IL-33 has also been shown to work as a positive regulator that initiates and maintains a Th2 immune response. In the context of pregnancy, it has been recently demonstrated that upon certain stress conditions, such as an infection induced inflammation, IL-33 is released from the uterine mucosa and triggers decidual B cells to produce anti-inflammatory molecules, which in turn restore immune homeostasis and prevents the development of preterm birth. In this study we therefore performed a detailed characterization of IL-33 receptor (Il1rl1 or ST2) expression in B cells during normal pregnancy, as well as in a mouse model of preterm birth. We observed that splenic B cells significantly up-regulate the expression of Il1rl1 during pregnancy and identified the B1 B cell population as the main ST2-expressing B cell subset. A further kinetic analysis showed that percentages of ST2-expressing B1 B cells are significantly augmented on days 12 and 14 of pregnancy, both in the spleen and peritoneal cavity of pregnant mice, and then drop toward the end of pregnancy to the levels observed in non-pregnant animals. Furthermore, using a mouse model of LPS-induced preterm birth, we demonstrated that not only are the percentages of ST2-expressing B1 B cells significantly enlarged in the spleen during the acute phase of preterm birth, but decidual B cells also significantly up-regulate ST2 expression as compared to term-pregnant mice. Overall, our results suggest a functional role of ST2 expression in B cells during pregnancy and reinforce the importance of the IL-33/ST2 axis in B cells as a critical mechanism to control inflammation-induced preterm birth.
Zusammenfassung:
Die akute Pankreatitis ist eine der häufigsten nicht-malignen Erkrankungen bei hospitalisierten Patienten, der verschiedenste pathophysiologische Prozesse zugrunde liegen. Während sie in den meisten Fällen komplikationslos ausheilt, wird jedoch in ca. 10 – 20 % der Fälle eine schwere Verlaufsform mit Ausbildung von Nekrosen und häufig auch weiteren lokalen und systemischen Komplikationen beobachtet. Zu diesen gehört beispielsweise eine sekundäre Infektion der Pankreasnekrosen, wobei sowohl bakterielle als auch fungale Krankheitserreger auftreten können. Obwohl einzelne Prädiktoren für einen schweren Verlauf der akuten Pankreatitis identifiziert werden konnten, erlaubt die bisherige Datenlage jedoch noch keine sichere Identifikation der infizierten Nekrose.
Ziel dieser Arbeit ist daher die Identifikation von klinischen und paraklinischen Variablen, die als mögliche Prädiktoren der infizierten Pankreasnekrose dienen können. Des Weiteren soll untersucht werden, inwieweit eine infizierte Nekrose die Krankenhausverweildauer sowie die extrapankreatischen Komplikationen und die Mortalität beeinflussen. Hierzu wurden die Befunde von insgesamt 127 Patienten mit akuter nekrotisierender Pankreatitis über den Zeitraum von 2012 – 2018 retrospektiv aufgearbeitet. Bei 51 Patienten ließ sich eine infizierte Nekrose nachweisen, bei 21 Patienten war die Nekrose steril und bei 55 Patienten wurde die Nekrose wiederum weder punktiert noch drainiert.
Es fand sich ein signifikanter Zusammenhang der Entzündungsparameter Leukozyten, CRP und PCT sowie der Nierenretentionswerte Kreatinin und Harnstoff mit dem Vorhandensein einer infizierten Pankreasnekrose. Auch eine kompromittierte Blutgerinnung, ein verminderter Serumalbuminspiegel sowie ein reduzierter Hämatokrit wurden deutlich häufiger bei der inifizierten nekrotisierenden Pankreatitis beobachtet. Bei den Vitalparametern fand sich eine Assoziation zwischen erhöhter Herzfrequenz und erniedrigtem mittleren arteriellen Blutdruck. Begleitend war eine infizierte Nekrose deutlich häufiger mit einem respiratorischen und/oder renalen Organversagen vergesellschaftet.
Die Krankenhausverweildauer war bei Patienten mit infizierter Nekrose um beinahe das Dreifache verlängert, wobei die Verweildauer bei Nachweis grampositiver Bakterien im Punktat am längsten war. Ein signifikanter Einfluss auf die Mortalität konnte bei infizierter Pankreasnekrose nicht beobachtet werden.
Diese Ergebnisse zeigen, dass anhand von einfach zu erhebenden klinischen und laborchemischen Routineparametern die Identifikation einer Pankreasnekrose vorhergesehen werden kann. Welche Bedeutung einzelne Bakterienstämme auf den Verlauf der akuten nekrotisierenden Pankreatitis und ihre Komplikationen haben, muss in weiteren Analysen untersucht werden.
Untersuchungen zur Wirkung von miRNAs stehen im Fokus der aktuellen Forschungen, besonders aufgrund ihrer wichtigen regulatorischen Funktion bei der Biosynthese von Proteinen. Durch die Korrelation mit der Karzinomentwicklung und den Tumorstadien rücken miRNAs als prognostische Biomarker in den Vordergrund.
Mit dieser Arbeit wurden der Einfluss der miR-4417 als pro- oder antionkogen wirkende miRNA auf das Prostatakarzinom und dessen Auswirkungen auf die Proteinbiosynthese untersucht. Hierzu wurde die miR-4417 mittels Transfektion in 4 verschiedenen Prostatakarzinom- Zelllinien überexprimiert. Die Quantifizierung erfolgte unter Anwendung der sogenannten stem loop RT-qPCR. Die modulierten Proteommuster der Zelllinien wurden quantitativ und qualitativ verglichen. Dabei fanden gelbasierte und gelfreie Methoden unter Beachtung statistischer Kriterien Verwendung. Bei der Analyse der 2D-Gele wurden ca. 1600 Spots detektiert und quantifiziert. Zellspezifisch ergaben sich zwischen 40 und 60 differentielle Expressionen. Mithilfe der Massenspektrometrie wurden die Peptide nach tryptischem Verdau analysiert und die Proteine identifiziert. Die Verifizierungen von ausgewählten, differenziell exprimierten Proteinen wurden mittels Westernblot durchgeführt.
Die Expression des Androgenrezeptors war unter miR-4417 Einfluss in den beiden kastrationsresistenten Zelllinien gemindert, ebenso wie die Isoform 1 des Tumorproteins D52. Dies lässt eine antionkogene Wirkung der miR-4417 vermuten. Im Gegensatz dazu war die Expression von Peroxiredoxin 3 erhöht. Da dieses Protein zu einer Resistenz von Zellen gegen die H2O2 induzierte Apoptose führt und somit Krebszellen einen Überlebensvorteil verschafft, besteht in diesem Zusammenhang der Verdacht auf einen proonkogenen Effekt der miR-4417. Auch bei weiteren untersuchten Proteinen wie dem Voltage-dependent anion-selective channel protein 1 oder dem Poly(U)-binding-splicing factor PUF60 ergaben sich zum Teil gegensätzliche Expressionen. In weiteren Untersuchungen könnte geklärt werden, ob die pro- oder antionkogenen Eigenschaften dieser miRNA überwiegen oder ob möglicherweise bestimmte Einflussfaktoren bestehen, die dazu führen. Eventuell existieren der miR-4417 vorgeschaltete Regulationsmechanismen, die dessen gewebespezifische Wirkung beeinflussen.
Insgesamt ist mithilfe dieser Arbeit deutlich geworden, dass die miR-4417 eine bedeutende regulatorische Rolle in Bezug auf die Progression des Prostatakarzinoms einnimmt und somit einen wichtigen Ansatzpunkt für die weitere Krebsforschung darstellten könnte. Eine miRNA getriggerte Krebstherapie könnte auf Basis umfangreicher Forschungsdaten als alternative Methode Anwendung finden.
This thesis deals with the process considerations and optimizations of a whole-cell enzyme cascade reaction for the synthesis of ɛ-caprolactone. The enzyme cascade synthesis of ɛ-caprolactone has been conceptualized and verified using a dehydrogenase and a monooxygenase. The advantage of this enzyme combination is the closed-loop co-factor regeneration. Dehydrogenase and monooxygenase expressed in discrete whole cells were applied in defined ratio to conceptualize the cascade reaction. This necessitates the use of separate co-factor regeneration system due to impermeability of the E. coli cell wall to the co-factor. Article I deal with the design and optimization of dehydrogenase and monooxygenase co-expression in a same E. coli cell. In Article II, the cascade reaction was upscaled and a fed-batch process was realized. Following which, the important reaction metrices were analyzed and optimized. Article III extends the two-enzyme cascade with a lipase. The use of lipase helps to overcome the product inhibition of monooxygenase by ɛ-caprolactone.
Neue Antibiotika und Präventionsmaßnahmen gegen S. aureus sind aufgrund der starken Ausbreitung multiresistenter S. aureus-Stämme dringend erforderlich. Zur Entwicklung von Therapie- und Präventionsmaßnahmen werden geeignete Infektionsmodellen benötigt, die die klinische Situation möglichst exakt widerspiegeln. Da die Spezies S. aureus stark wirtsspezifisch ist, könnten wirtsadaptierte S. aureus-Stämme hierbei äußerst hilfreich sein. In der Infektionsforschung werden vor allem Mausmodelle verwendet. Da bisher jedoch angenommen wurde, dass Mäuse keine natürlichen Wirte von S. aureus sind, sind S. aureus-Forscher davon ausgegangen, dass Mäuse kein geeignetes Modell darstellen. Das wurde durch unsere und andere Arbeitsgruppen allerdings in den letzten Jahren widerlegt. Wir konnten zeigen, dass Labor- und Wildmäuse mit S. aureus besiedelt sind.
Im Rahmen dieser Arbeit sollte geklärt werden, ob murine Infektionsmodelle durch die Verwendung von mausadaptierten S. aureus-Stämmen optimiert werden können. Aus über 250 S. aureus-Stämmen, die aus Labor und Wildmäusen isoliert wurden, wurden vier mausadaptierte S. aureus-Isolate ausgewählt und mit dem humanen S. aureus-Isolat Newman in einem Pneumonie- und Bakteriämiemodell vergleichen. Diese Stämme wiesen einen repräsentativen spa-Typ sowie typischen Phagenmuster und Virulenzgene auf. Zudem waren sie in der Lage, murines Plasma zu koagulieren und in murinem Vollblut zu replizieren.
Es zeigte sich, dass das murine Isolat S. aureus DIP sowohl im Pneumonie- als auch im Bakteriämiemodell deutlich virulenter war als das humane Isolat Newman und die anderen getesteten mausadaptierten Stämme. Nach kürzester Zeit starben alle Tiere, die mit S. aureus DIP infiziert wurden. Wurde die Infektionsdosis im Vergleich zu Newman um 90 % reduziert, waren die bakterielle Last, der Belastungsscore, sowie die Zytokin- und Chemokinkonzentrationen nach Infektion mit S. aureus DIP bzw. S. aureus Newman vergleichbar. Im Besiedlungsmodell konnte gezeigt werden, dass die mausadaptierten Stämme S. aureus JSNZ sowie S. aureus DIP in der Lage sind, Mäuse über einen Zeitraum von 7 Tagen stabil zu besiedeln. Mäuse, die mit S. aureus Newman besiedelt waren, konnten den Stamm innerhalb dieses Zeitraums eliminieren. Die Genomsequenzierung der in vivo verwendeten S. aureus Stämme zeigte, dass lediglich S. aureus DIP für das Leukozidin LukMF‘ kodiert. Das lässt vermuten, dass die Präsenz des Virulenzfaktors für die gesteigerte Virulenz von S. aureus DIP verantwortlich sein könnte.
Des Weiteren sollten in dieser Arbeit ein Besiedlungsmodell mit murinen S. aureus-Isolaten etabliert und die beteiligten Immunzellen quantifiziert werden. Es zeigte sich, dass Mäuse mit murinen S. aureus-Isolaten bis zu 7 Tage besiedelt werden können wohingegen S. aureus Newman zu diesem Zeitpunkt nur noch in 20 % der Tiere nachweisbar war. Zudem konnte bei der intranasalen Besiedlung mit einer hohen Dosis S. aureus DIP [1 × 10^8 CFU] gezeigt werden, dass sowohl Th17-Zellen als auch γδ-T-Zellen nach 7 Tagen IL-17A, IL-17F und IL-22 produzieren. Jedoch konnte die Zytokinproduktion nur in Tieren nachgewiesen werden, die einen hohen Belastungsscore aufwiesen. Da nach 24 Stunden bei Tieren mit hohem Belastungsscore auch Bakterien in der Lunge detektiert wurde, ist anzunehmen, dass S. aureus diese Tiere nicht nur besiedelt, sondern bei ihnen auch eine Atemwegsinfektion verursacht hatte. Durch den geringen prozentualen Anteil an ILCs in den zervikalen Lymphknoten war es nicht möglich Rückschlüsse auf deren Zytokinproduktion zu ziehen. Somit gelang es zwar ein murines S. aureus-Besiedlungsmodell zu etablieren, jedoch kann keine Aussage zu den beteiligten Zellen des Immunsystems getroffen werden.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass Labormäuse mit mausadaptierten S. aureus-Stämmen länger besiedelt werden können als mit dem humanen Referenzstamm Newman. Zudem konnte mit Hilfe des mausadaptierten Stammes S. aureus DIP die Infektionsdosis im Pneumonie- und Bakteriämiemodell erheblich reduziert werden. Somit gelang es Mausmodelle durch die Verwendung von mausadaptierten S. aureus-Stämmen zu optimieren, auch wenn das nicht auf alle getesteten Isolate zutrifft. Durch die Anpassung an den murinen Wirt stellen mausadaptierte S. aureus-Stämme wie DIP und JSNZ ein physiologischeres Modell der Pathogen-Wirts-Interaktion dar. Die Verwendung eines solchen Stammes ermöglicht es ein besseres Verständnis für Infektionsprozesse und die Pathogen-Wirt-Interaktionen zu erlangen und dadurch eventuell neue Therapiemöglichkeiten zu entwickeln.
Es ist zu berücksichtigen, dass auch die Verwendung mausadaptierter S. aureus-Stämme in murinen Besiedlungs- und Infektionsmodellen lediglich ein Modell darstellt, welches Vor- und Nachteile hat. Daher ist es essenziell, dass Wissenschaftler die Grenzen jedes Modellsystems kennen und das richtige Infektionsmodell (oder eine Kombination davon) auswählen, um ihre Forschungsfragen zu beantworten.
Changes in the environment will alter the growth rate of trees and forests. Different disciplines assess such growth rates differently, for example, with tree-ring width data, forest inventories or with carbon-flux data from eddy covariance towers. Such data is used to quantify forests biomass increment, forest’s carbon sequestration or to reconstruct environmental variables before instrumental records. However, raw measurement data is typically not considered to be representative for the average growth rate of trees or forests. Depending on the research question, the effects of certain environmental variables or effects of tree and forest structure have to be removed first. It can be challenging to define and quantify a growth trend that can answer a specific research question because trees and forests grow and respond to environmental change in multiple ways simultaneously, for example, with altered radial increment, height growth, and stand density. Further challenges pose time-lagged feedback loops, for example, between height and radial increment or between stand density and radial increment. Generally, different environments will lead to different tree and forest structures, but because of tree’s longevity this adaptation to the new environment will take decades or even centuries. Consequently, there can be an offset between the present forest structure and what we term the potential natural forest (PNF): Similar to the potential natural vegetation (PNV), the PNF represents that forest that would develop under the current environmental conditions in the absence of human intervention. Because growth rates are affected by the tree and forest structure, growth-trend estimates will differ between the present and the potential forest. Consequently, if the legacy effects of the past are not of interest, the PNF is the theoretical baseline to correct and estimate growth trends.
Das Neuroblastom ist eine pädiatrische Tumorerkrankung, die ihren Ursprung in undifferenzierten Nervenzellen des sympathischen Nervengewebes hat. Das ereignisfreie 5-Jahresüberleben von Hochrisikopatienten liegt trotz der Einführung neuer gegen das Disialogangliosid GD2-gerichteter Antikörpertherapien weiterhin nur bei ca. 50 %. Daher ist es wichtig, die Biomarker zu finden, die helfen, Patienten zu identifizieren, die bisher noch nicht von den etablierten Therapieansätzen profitieren. In dieser Arbeit wurden immunologische und genetische Parameter untersucht, die möglicherweise als Biomarker für das Ansprechen auf eine GD2-gerichtete Immuntherapie in Kombination mit Interleukin 2 (IL-2) dienen können. Dafür wurde der Einfluss der zytotoxischen NK-Zellen, Granulozyten (Eosinophile und Neutrophile) und regulatorischen T-Zellen (Treg) sowie der Zytokine IFN-γ, IL-6, IL-10, IL-18 und CCL2 auf die antikörperabhängige zelluläre Zytotoxizität (antibody-dependent cellular cytotoxicity, ADCC) und dem ereignisfreien Überleben analysiert. Weiterhin wurde die Rolle von patientenspezifischen FCGR2A-H131R und 3A-V158F-Polymorphismen sowie die Killer-cell immunoglobulin-like receptors (KIR) und KIR-Liganden (KIRL)-Genotypen bei einer Immuntherapie evaluiert.
53 Patienten haben bis zu fünf Zyklen Immuntherapie erhalten. Ein Zyklus beeinhaltete zunächst fünf Tage 6×106 IU/m2/Tag IL-2-Behandlung (Tage 1 - 5), gefolgt von einer Langzeitinfusion von dem anti-GD2-Antikörper ch14.18/CHO (Tage 8 - 18) in Kombination mit 6×106IU/m2/Tag IL-2 (Tage 8 – 12). Die Zahl der Effektorzellen und die Zytokinserumkonzentrationen wurden mittels Durchflusszytometrie ermittelt und die FCGR-Polymorphismen und KIR/KIRL-Genotyp mit einer validierten Real-Time-PCR bestimmt. Die ADCC wurde mittels eines Calcein-AM basierten Zytotoxizitätstest erfasst.
Die IL-2-Monotherapie an den Tagen 1-5 steigerte die Zahl der NK-Zellen, der Treg und der Eosinophilen stark im Vergleich zum Basiswert (Zyklus 1, Tag 1). Die Expansion der Neutrophilen wurde hingegen erst nach dem Start der Antikörperbehandlung beobachtet (Tag 15). IFN-γ, IL-6, IL-10, IL-18 und CCL2 erreichten ihre Spitzenkonzentrationen ebenfalls erst während der Antikörpertherapie. Überraschenderweise korrelierte weder die NK-Zell- noch die Granulozytenzahl mit der ADCC und dem ereignisfreien Überleben der Patienten. Hingegen zeigten Patienten mit einer starken Expansion der Treg signifikant niedrigere IFN-γ-Serumkonzentrationen sowie ein schlechteres ereignisfreies Überleben im Vergleich zu Patienten mit niedriger Treg-Zahl. Außerdem hatten Patienten mit hoher IL-18-Serumkonzentration währender der Antikörpertherapie ein signifikant verbessertes Überleben verglichen mit Patienten mit niedriger IL-18-Serumkonzentration. Zusammenfassend wurde eine starke Induktion der Treg beobachtet, die invers mit der IFN-γ-Serumkonzentration und dem ereignisfreien Überleben der Patienten korrelierte.
Die Patienten mit den hochaffinen FCGR2A-131H- und 3A-158V-Polymorphismen zeigten einen höhere ADCC und ein verlängertes ereignisfreies Überleben gegenüber den Patienten mit den FCGR2A-131R- und 3A-158F-Polymorphismen. Patienten mit aktivierenden KIR (Genotyp B/x), insbesondere dem KIR2DS2, zeigten eine gesteigerte ADCC und ein verlängertes ereignisfreies Überleben verglichen mit den Patienten mit dem inhibitorischen KIR-Genotyp ohne aktivierende KIR (Genotyp A/A). Entsprechend hatten Patienten mit dem vorteilhaften KIR2DS2 und hochaffinen FCGR-Polymorphismen die stärkste Induktion der ADCC und das längste ereignisfreie Überleben im Vergleich zu Patienten mit inhibitorischen KIR-Genotyp und niedrigaffinen FCGR-Polymorphismen. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass KIR- und FCGR2A- und 3A-Genotypen die ADCC sowie das Ansprechen auf eine ch14.18/CHO-basierte Immuntherapie in Kombination mit IL-2 beeinflussen und daher in Zukunft als Biomarker für diese Therapie dienen können.
Schließlich erwiesen sich FCGR-Polymorphismen in Kombination mit der Treg-Zahl als Biomarker zur Identifizierung von Patienten, die kein Ansprechen auf die Immuntherapie gezeigt hat.
Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass immunologische und genetische Parameter als prädiktive Biomarker einer antikörperbasierten Immuntherapie bei Patienten mit Hochrisikoneuroblastom verwendet werden können, um Patienten zu identifizieren, die von der bisherigen Immuntherapie nicht profitieren würden. Für solche Patienten müssen alternative Therapieoptionen angeboten werden um einen schnellen Rückfall der Erkrankung zu verhindern.
Trotz zahlreicher Fortschritte in der Reproduktionsmedizin bleibt die ungewollte Kinderlosigkeit weiterhin ein nur teilweise verstandenes und behandelbares Problem. Unter habituellen Aborten, also drei oder mehr Fehlgeburten in Folge, leiden weltweit
etwa 1% aller Paare. In der Behandlung ungewollter Kinderlosigkeit auch unbekannter Ursache nehmen Heparine mittlerweile eine wichtige Rolle ein, auch wenn die Wirkungsweise zur Verbesserung des Schwangerschaftserfolgs oder der Verhinderung von Schwangerschaftskomplikationen nicht endgültig geklärt ist. Wichtige Aspekte sind dabei nicht nur die antikoagulativen Eigenschaften dieser Medikamente, sondern auch immunmodulatorische Effekte, welche in dieser Arbeit anknüpfend an andere Arbeiten unserer Arbeitsgruppe weiter untersucht wurden. Das Immunsystem spielt eine herausragende Rolle bei Entstehung und Erhalt von Schwangerschaft.
Es ist bekannt, dass sich während der Schwangerschaft das Gleichgewicht zwischen TH1- und TH2-Zytokinen in Richtung der TH2-Zytokine verschiebt, wodurch die für den Feten potenziell schädlichen Effekte durch die TH1-Immunantwort abgeschwächt werden. Bei Frauen mit ungewollter Kinderlosigkeit scheint das Verhältnis wiederum in Richtung der TH1-Zytokine verschoben zu sein. Eine Einflussnahme auf diese Zytokinverschiebung könnte also hilfreich sein.
In der hier vorgelegten Arbeit wurde ein in-vitro-Modell endometrialer Stromazellen
(ESC) in Zellkultur verwendet. Es wurde dabei mittels ELISA und PCR untersucht,
wie die beiden wichtigen Modulatoren der Chemokinproduktion TNF-alpha (ein proinflammatorisches TH1-Zytokin) und Thrombin (wichtiger Partner von Heparin beim Eingriff in die Gerinnungskaskade) die Chemokinproduktion von ESC auf RNA- und Proteinebene beeinflussen und wie unfraktioniertes Heparin (UFH), niedermolekulare Heparine (LMWH) und Heparin-ähnliche Moleküle diese wiederum verändern können.
Untersucht wurden dabei die Chemokine GRO-alpha, Ena-78, IL-8, MCP-1 und RANTES.
In dieser Arbeit wird gezeigt, dass UFH die von TNF-alpha hervorgerufene Steigerung der Produktion von IL-8 und RANTES dosisabhängig beeinflusst. Mithilfe des Einsatzes des NFkappaB-Inhibitors Parthenolid kann zudem dargestellt werden, dass der TNF-alpha- und vermutlich auch der Heparineffekt über den Signalweg des Transkriptionsfaktors NFkappaB vermittelt wird. Mittels der Heparin-ähnlichen Moleküle Dextransulfat, Danaparoid und ODSH versuchen wir anschließend darzustellen, welche Moleküleigenschaften Heparins für die Einflussnahme auf die von TNF-alpha verursachte Chemokinexpression und -sekretion von GRO-alpha, IL-8 und RANTES verantwortlich sind.
Im zweiten Teil der Arbeit wird zunächst gezeigt, dass Thrombin die Sekretion von
GRO-alpha, IL-8 und MCP-1 durch ESC erhöht, während es auf die RANTES Expression anders als TNF-alpha keinen Einfluss hat. UFH ist in der Lage diese gesteigerte Chemokinsekretion von IL-8 und MCP-1 zu verringern. Außerdem hemmen nicht nur UFH, sondern auch LMWHs die Thrombin-induzierte Hochregulation von IL-8 und MCP-1 auf mRNA- und Proteinebene. Thrombin scheint für seine Einflussnahme auf die Chemokinproduktion dabei den MAPK-Signalweg zu nutzen, wie mittels des MAPK-Inhibitors PD98059 dargestellt wird. Diese Arbeit zeigt somit wie Heparine ihre immunmodulatorischen Effekte auf die Chemokinproduktion endometrialer Stromazellen beim Vorliegen eines proinflammatorischen Milieus ausüben. Dadurch wird ein Beitrag geleistet, um die Wirkungsweise von Heparinen beim Einsatz ungewollter Kinderlosigkeit besser zu verstehen und es wird nochmals das Potential dieser Medikamente bei der Anwendung in diesem Bereich unterstrichen. Es sind allerdings weitere Untersuchungen am Tiermodell oder im Rahmen klinischer Studien notwendig, um diese am in-vitro-Modell gewonnenen Erkenntnisse auf ein in-vivo Modell zu übertragen und somit profunderes Wissen für die klinische Anwendung zu gewinnen.
Introduction: Following behavioral recommendations is key to successful containment of the COVID-19 pandemic. Therefore, it is important to identify causes and patterns of non-compliance in the population to further optimize risk and health communication.
Methods: A total of 157 participants [80% female; mean age = 27.82 years (SD = 11.01)] were surveyed regarding their intention to comply with behavioral recommendations issued by the German government. Latent class analysis examined patterns of compliance, and subsequent multinomial logistic regression models tested sociodemographic (age, gender, country of origin, level of education, region, and number of persons per household) and psychosocial (knowledge about preventive behaviors, risk perception, stigmatizing attitudes) predictors.
Results: Three latent classes were identified: high compliance (25%) with all recommendations; public compliance (51%), with high compliance regarding public but not personal behaviors; and low compliance (24%) with most recommendations. Compared to high compliance, low compliance was associated with male gender [relative risk ratio (RRR) = 0.08 (0.01; 0.85)], younger age [RRR = 0.72 (0.57; 0.93)], and lower public stigma [RRR = 0.21 (0.05; 0.88)]. Low compliers were also younger than public compliers [RRR = 0.76 (0.59; 0.98)].
Discussion: With 25% of the sample reporting full compliance, and 51% differing in terms of public and personal compliance, these findings challenge the sustainability of strict regulatory measures. Moreover, young males were most likely to express low compliance, stressing the need for selective health promotion efforts. Finally, the positive association between public stigma and compliance points to potential othering effects of stigma during a pandemic, but further longitudinal research is required to examine its impact on health and social processes throughout the pandemic.
Culicidae, auch bekannt als Stechmücken, sind medizinisch bedeutsame Zweiflügler, die als Vektoren eine Vielzahl von Krankheitserregern auf Menschen und Tiere übertragen können. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich einerseits mit der Verbreitung von zwei seltenen Stechmückenarten, welche im Rahmen eines Monitoringprojekts gefangen wurden, und andererseits mit der Ökologie der Asiatischen Tigermücke. Bei allen Arten handelt es sich um thermophile Arten, bei denen angenommen wird, dass der Klimawandel ihre Verbreitung Richtung Norden begünstigt. Dies konnte vor allem für die Art Uranotaenia unguiculata gezeigt werden, da sie an zwei Orten gefunden wurde, die ausgesprochen weit entfernt waren von der einzigen jemals zuvor beschriebenen Nachweisstelle in Deutschland. Obwohl an beiden Fundorten jeweils nur ein einziges adultes Individuum gefangen werden konnte, ergab eine Beprobung von potenziellen Bruthabitaten im darauffolgenden Jahr, dass lokale Reproduktion stattfand. Somit konnte eine ausschließliche Verschleppung von adulten Einzelindividuen weitgehend ausgeschlossen werden. Eine weitere seltene Stechmückenart, die im Zuge des Monitorings nachgewiesen werden konnte, ist Anopheles algeriensis. Diese Art wurde an drei Standorten gefangen, an zwei von ihnen mit einer viel höheren Abundanz als Ur. unguiculata.
Den ökologischen Teil dieser Arbeit machen Feld- und Laborexperimente mit Aedes albopictus aus. Sie dienten der Ermittlung der Kältetoleranz der Eier dieser Spezies, die als Vektor für eine Vielzahl von Viren und andere Pathogene gilt. Drei verschiedene Stämme, die aus tropischen, subtropischen und gemäßigten Breiten stammen, wurden niedrigen Temperaturen, welche typischerweise im Winter herrschen, unter Feld- und Laborbedingungen ausgesetzt. Die Experimente belegen, dass alle untersuchten Stämme prinzipiell einen Winter mit einem Temperaturminimum von –8 °C im Feld überleben konnten. Die Laborexperimente konnten hingegen zeigen, dass alle Stämme in der Lage waren, Temperaturen von –10 °C für eine gewisse Zeit zu ertragen. Die Überlebensfähigkeit schwankte je nach Stamm zwischen 2 und 20 Tagen. Dabei hatte der Stamm aus den gemäßigten Breiten eine Kältetoleranz, die nur wenig höher lag als die des subtropischen Stammes. Der tropische Stamm hingegen besaß die geringste Toleranz gegenüber niedrigen Temperaturen, sowohl in den Freiland- als auch in den Laborexperimenten. Diapausierende Eier zeigen nur eine höhere Kältetoleranz nahe den physiologischen Grenzen der jeweiligen Stämme. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass Eier unter fluktuierenden Temperaturen eine bestimmte Minimaltemperatur länger aushalten konnten als unter konstanten Temperaturen. Somit zeigen beide Experimente, dass gewisse Stämme von Ae. albopictus eine sehr hohe Toleranz gegenüber niedrigen Temperaturen haben. Das macht es sehr wahrscheinlich, dass diese invasive Art Winter in Deutschland oder anderen mitteleuropäischen Ländern überleben und ihre Ausbreitung weiter fortschreiten werden. Diese Entwicklung wird epidemiologische Auswirkungen auf die Human- und Veterinärmedizin haben.
Thrombozyten reagieren auf Infektionen, unter anderem auf die mit dem Humanen Immundefizienz-Virus (HIV). Dabei zeigt sich eine erhöhte Rate an kardiovaskulären und thrombotischen Ereignissen. Die medikamentöse Therapie hemmt unter anderem die reverse Transkriptase der HI-Viren. Allerdings wirken diese Arzneimittel auch auf die humanen Thrombozyten. Diese besitzen eine endogene reverse Transkriptase. Eine solche ist in den Blutplättchen in Form von Long Interspersed Nuclear Element 1 (LINE-1) Ribonukleinsäure (RNA) als Grundlage für die Translation vorhanden. Auch die entsprechenden Proteine sind als Open Reading Frame 1 (ORF1) und Open Reading Frame 2 (ORF2) - Proteine nachweisbar. Diese kodieren unter anderem für eine Endonuklease, Chaperone und reverse Transkriptase. Letztgenannte ist in den Blutplättchen auch aktiv. Folglich sind humane Thrombozyten in der Lage RNA in Desoxyribonukleinsäure (DNA) umzuschreiben. Dem Dogma der Molekularbiologie folgend, besitzen Zellen ohne Nucleus keine DNA. Auf Grund des Vorhandenseins einer endogenen reversen Transkriptase in humanen Thrombozyten konnte erstmals DNA in Form von Gewebsthromboplastin und Urokinase-Typ Plasminogen Aktivator Rezeptor (uPAR) nachgewiesen werden.
Abstract
Background and purpose:Diagnosing a patient with headache as a migraineur is critical for state-of-the-art migrainemanagement. Screening tools are imperative means to improve the diagnostic yield in the primary care settings andspecialized clinics. This study aims to translate and assess the diagnostic accuracy of a German version of theID Migraine™as a widely used and efficient screening instrument.
Methods:
The Functional Assessment of Chronic Illness Therapy translation methodology was used to translate theoriginal three-itemID Migraine™, including a fourth question for aura, from the English language into the German language.Diagnostic accuracy of the GermanID Migraine™and predictors of false screening results were assessed among patientspresenting to a headache outpatient clinic of a tertiary care center in Germany over a 6-month period.
Results:
The translation procedure yielded a harmonized GermanID Migraine™and its diagnostic accuracy was assessedin 105 patients (80 female, 46.5+17.2 years of age), including 79 patients (75.2%) with migraine. The three-item GermanID Migraine™provides a sensitivity of 99%, specificity of 68%, and positive and negative predictive values of 90% and 95%,respectively, using a cutoff of2. Positive and negative predictive values in a general headache population are estimated tobe 74% and 98%, respectively. The aura question identified 18 out of 20 migraineurs with aura.
Conclusions:
The GermanID Migraine™is an accurate screening tool for migraine even in a challenging population of aspecialized outpatient clinic. Its diagnostic accuracy indicates a potential utility for screening in primary health care.
Staphylococcus aureus (S. aureus) can secrete a broad range of virulence factors, among which staphylococcal serine protease-like proteins (Spls) have been identified as bacterial allergens. The S. aureus allergen serine protease-like protein D (SplD) induces allergic asthma in C57BL/6J mice through the IL-33/ST2 signaling axis. Analysis of C57BL/6J, C57BL/6N, CBA, DBA/2, and BALB/c mice treated with intratracheal applications of SplD allowed us to identify a frameshift mutation in the serine (or cysteine) peptidase inhibitor, clade A, and member 3I (Serpina3i) causing a truncated form of SERPINA3I in BALB/c, CBA, and DBA/2 mice. IL-33 is a key mediator of SplD-induced immunity and can be processed by proteases leading to its activation or degradation. Full-length SERPINA3I inhibits IL-33 degradation in vivo in the lungs of SplD-treated BALB/c mice and in vitro by direct inhibition of mMCP-4. Collectively, our results establish SERPINA3I as a regulator of IL-33 in the lungs following exposure to the bacterial allergen SplD, and that the asthma phenotypes of mouse strains may be strongly influenced by the observed frameshift mutation in Serpina3i. The analysis of this protease-serpin interaction network might help to identify predictive biomarkers for type-2 biased airway disease in individuals colonized by S. aureus.
Background: Alexithymia is a personality trait characterized by difficulties in identifying and describing emotions and associated with various psychiatric disorders. Neuroimaging studies found evidence for morphological and functional brain alterations in alexithymic subjects. However, the neurobiological mechanisms underlying alexithymia remain incompletely understood. Methods: We study the association of alexithymia with cortical correlation networks in a large community-dwelling sample of the Study of Health in Pomerania. Our analysis includes data of n = 2,199 individuals (49.4% females, age = 52.1 ± 13.6 years) which were divided into a low and high alexithymic group by a median split of the Toronto Alexithymia Scale. Cortical correlation networks were constructed based on the mean thicknesses of 68 regions, and differences in centralities were investigated. Results: We found a significantly increased centrality of the right paracentral lobule in the high alexithymia network after correction for multiple testing. Several other regions with motoric and sensory functions showed altered centrality on a nominally significant level. Conclusions: Finding increased centrality of the paracentral lobule, a brain area with sensory as well as motoric features and involvement in bowel and bladder voiding, may contribute to explain the association of alexithymia with functional somatic disorders and chronic pain syndromes.
High resolution palaeo-ecological analysis of an Arctic ice-wedge polygon mire (Kytalyk, NE Siberia)
(2020)
Ice-wedge polygon mires are typical features of the Artic and therefore especially affected by climate change. They show, caused by soil-ice action, an amazing regular polygonal structure in meter dimension of higher and lower elevated dry and wet parts, and to this microtopography adapted vegetation. Polygon mires play, analogous to other mires, an important role in carbon sequestration, water balance, wildlife habitat and archive value with local to global significance. By storing enormous amounts of the global soil carbon polygon mires are crucial for our climate. Despite this relevance by covering large areas, polygon mires are comparatively poorly scientifically investigated and understood. It is still difficult to make forecasts on how polygon mires will develop under a changing climate in the Arctic, especially because internal factors and self-organisation complicate the understanding of their functioning. Therefore the investigation of modern and past polygon mires is necessary. This dissertation presents high resolution palaeo-ecological studies of a Northeast Siberian model polygon: ice-wedge polygon Lhc11 located in the Indigirka Lowlands at the scientific station Kytalyk. During field work in July 2011 the study site, covering an area of 26 × 21 m was divided into 546 plots, in which vegetation composition and microtopographical elevation characteristics were assessed and surface samples were collected. For palaeoecological analysis a 105.5 cm long peat section was excavated from the same site. Cluster analysis revealed five plant communities, which are clearly separated with respect to ground surface height, frost surface height and coverages of open water and vegetation, confirming the pattern already identified in other studies of Arctic ice-wedge polygons. The correct recognition of these patterns is crucial in palaeoecological studies in order to reconstruct landscape elements and their dynamics. This recognition requires insight in the short-distance relationships between surface elevation/wetness, vegetation and pollen deposition. The applied pollen-vegetation reference study shows that in general modern pollen deposition in polygon Lhc11 corresponds well with actual vegetation, allowing accurate reconstruction of local site conditions from fossil palynomorph sequences, including the reconstruction of the dynamics of closely spaced microtopographical elements. We conducted an evaluation of common palaeo proxies to compare their wetness reconstruction potential. The analysed proxies macrofossils, pollen, testate amoebae, geochemistry and sediment properties show similar wetness trends. Macrofossils provided the most detailed wetness reconstruction, spanning several wetness classes from very dry to wet, because they could be identified to genus or species level. However, as the proxies sometimes show contradictory results, a multi-proxy approach is preferable over a single proxy interpretation as it allows the reconstruction of environmental development in a broader palaeoecological context. For a better understanding of polygon dynamics and former greenhouse gas fluxes, more detailed and better quantified palaeo-microtopographical information is required. Therefore we developed a new transfer approach for modelling past Ground Surface Heights (GSH) in polygon mires from plant fossils. Based on the composition of modern vegetation we constructed two sets of potential fossil types (plant macrofossils and pollen), an extensive and a more restricted one. We applied Canonical Correspondence Analysis to model the relationships between potential fossil types and measured GSH. Both models show a strong relationship between modelled and measured GSH values and a high accuracy in prediction. Finally, we used the models to predict GSH values for Holocene peat samples. We found a fair correspondence with expert-based multi-proxy reconstruction of wetness conditions, even though only a minor part of the encountered fossils were represented in the GSH models, illustrating the robustness of the approach. The method can thus be used to reconstruct palaeoenvironmental conditions in a more objective way and can serve as a template for further palaeoecological studies. The 4000 years lasting history of the Lhc11 polygon site started with the establishment of a low-centre polygon in a drained thermokarst lake basin. Polygon Lhc11 formed part of a low-centre polygon for about 2000 years, experiencing enormous environmental influences discernible by incidence of silt, charred detritus, change of fossils composition and strongly declined peat accumulation rates and finally developed into a mature and degradation stage, into a low-high-centre polygon, currently characterized by high elevation differences. In the context of less studied but large-scale polygon mire occurrence, the high-resolution analysed ice-wedge polygon Lhc11 delivers insights into state and dynamics of a representative Siberian polygon site, in terms of modern and past vegetation and elevation characteristics. Furthermore the present study provides facilities for palaeoecological polygon studies including a new quantitative elevation modelling approach and provides valuable datasets for future research, e.g. greenhouse gas emissions and therefore contributes to a better understanding of these climate relevant ecosystems.
Background: This randomized controlled trial investigated if uni- and bihemispheric transcranial direct current stimulation (tDCS) of the motor cortex can enhance the effects of visuo-motor grip force tracking task training and transfer to clinical assessments of upper extremity motor function.
Methods: In a randomized, double-blind, sham-controlled trial, 40 chronic stroke patients underwent 5 days of visuo-motor grip force tracking task training of the paretic hand with either unilateral or bilateral (N = 15/group) or placebo tDCS (N = 10). Immediate and long-term (3 months) effects on training outcome and motor recovery (Upper Extremity Fugl-Meyer, UE-FM, Wolf Motor Function Test, and WMFT) were investigated.
Results: Trained task performance significantly improved independently of tDCS in a curvilinear fashion. In the anodal stimulation group UE-FM scores were higher than in the sham group at day 5 (adjusted mean difference: 2.6, 95%CI: 0.6–4.5, p = 0.010) and at 3 months follow up (adjusted mean difference: 2.8, 95%CI: 0.8–4.7, p = 0.006). Neither training alone, nor the combination of training and tDCS improved WMFT performance.
Conclusions: Visuo-motor grip force tracking task training can facilitate recovery of upper extremity function. Only minimal add-on effects of anodal but not dual tDCS were observed.
Clinical Trial Registration: https://clinicaltrials.gov/ct2/results?recrs=&cond=&term=NCT01969097&cntry=&state=&city=&dist=, identifier: NCT01969097, retrospectively registered on 25/10/2013.
Abstract
Peatlands are lands with a peat layer at the surface, containing a large proportion of organic carbon. Such lands cover ≈1 000 000 km2 in Europe, which is almost 10% of the total surface area. In many countries, peatlands have been artificially drained over centuries, leading to not only enormous emissions of CO2 but also soil subsidence, mobilization of nutrients, higher flood risks, and loss of biodiversity. These problems can largely be solved by stopping drainage and rewetting the land. Wet peatlands do not release CO2, can potentially sequester carbon, help to improve water quality, provide habitat for rare and threatened biodiversity, and can still be used for production of biomass (“paludiculture”). Wisely adjusted land use on peatlands can substantially contribute to low‐emission goals and further benefits for farmers, the economy, society, and the environment.
Abstract
Methylation of free hydroxyl groups is an important modification for flavonoids. It not only greatly increases absorption and oral bioavailability of flavonoids, but also brings new biological activities. Flavonoid methylation is usually achieved by a specific group of plant O‐methyltransferases (OMTs) which typically exhibit high substrate specificity. Here we investigated the effect of several residues in the binding pocket of the Clarkia breweri isoeugenol OMT on the substrate scope and regioselectivity against flavonoids. The mutation T133M, identified as reported in our previous publication, increased the activity of the enzyme against several flavonoids, namely eriodictyol, naringenin, luteolin, quercetin and even the isoflavonoid genistein, while a reduced set of amino acids at positions 322 and 326 affected both, the activity and the regioselectivity of the methyltranferase. On the basis of this work, methylated flavonoids that are rare in nature were produced in high purity.
Vorhofflimmern ist die häufigste Herzrhythmusstörung des Menschen. Die Generierung neuen Wissens über Prozesse der Zellregulation und Zellkommunikation kann unser Verständnis über zugrundeliegende Pathomechanismen dieser Erkrankung erweitern und bei der Entwicklung neuer Therapiestrategien helfen. Diese Phosphoproteom-Analyse beschreibt Veränderungen des Phosphorylierungsstatus von Proteinen in HL-1 Kardiomyozyten in Abhängigkeit verschiedener Rapid Atrial Pacing (RAP) Stimulationsprotokolle. Um den Einfluss von Regenerationsphasen, wie es sie z. B. auch beim paroxysmalen Vorhofflimmern gibt, auf den Phosphorylierungsstatus von Proteinen zu untersuchen, wurden die Zellen nicht nur kontinuierlich, sondern auch in Intervallen RAP-stimuliert. Insgesamt konnten in dieser Arbeit 9626 Phosphorylierungen in 3463 Proteinen identifiziert werden, von denen 295 Phosphorylierungen in 261 Proteinen signifikant verändert waren. Stark veränderte Phosphorylierungen konnten z. B. in den Proteinen DOCK7 und MARK2 für kontinuierlich stimulierte HL-1 Zellen und OBSCN und JPH2 für Intervall-stimulierte HL-1 Zellen gefunden werden. Neben spezifisch regulierten Proteinphosphorylierungen konnten auch solche beschrieben werden, deren Regulation für kontinuierliches bzw. Intervall-RAP identisch waren (Overlap). Vertreter dieser Gruppe waren z. B. Phosphorylierungen der Proteine KCNH2 und ABLIM3. Eine Vielzahl beobachteter Unterschiede bezüglich der Richtung und Stärke der Regulation von Proteinphosphorylierungen zwischen kontinuierlich und Intervall- stimulierten HL-1 Zellen ist dabei ein deutliches Indiz für einen bestehenden Einfluss der Regenerationsphasen auf die Modulation zellulärer Signalwege. Bei der Zuordnung veränderter Protein-Phosphorylierungen zu definierten Signalwegen zeigte sich das Netrin-Signaling als signifikantes Beispiel für Signalwege, die sowohl bei kontinuierlich als auch bei Intervall-stimulierten HL-1 Zellen einer Modulation unterliegen. Veränderungen in der Regulation der Proteinphosphorylierung bzw. der Proteinexpression konnten dabei vor allem in einem bestimmten Teil des Signalweges identifiziert werden, an dem die Proteine Netrin, DCC-Rezeptor, NCK, RAC und ABLIM beteiligt sind.
Overall, the present thesis provides tools for virus characterization. Importantly, the application of the developed tools contributed to the fundamental knowledge of selected, veterinary relevant viruses in terms of their underlying biology and virus-host interaction.
By using in vitro models and full-genome sequencing, important new findings were gained that contributed to the deeper understanding of the selected viruses. Results show that in vitro models can be successfully modified to enable study of specific host factors that are important for viral entry. By genetically modifying a bovine cell line using CRISPR/CAS9 technology , a stable cell culture model was established that is now available to the research community, to study the virus-host interaction of pestiviruses. The model was further used to elucidate the adaptability of bovine viral diarrhea the virus and impact on infectivity and growth. By using deep sequencing, genetic changes that occurred during the adaption process of bovine viral diarrhea virus were identified and linked to the phenotype, allowing the characterization of genetic regions important for virus binding to the host cell.
Whole-genome analysis using deep-sequencing was further used to characterize circulating rabbit haemorrhagic disease virus (RHDV) strains from Germany. The study provides more than 50 full genomes of RHDV strains sampled between 2013 and 2020. Since the virus family is drastically under sampled, in particular in central Europe, these sequences represent a very valuable addition to the field. The investigation led further to the discovery of a novel recombinant virus strain in hares, that is likely still circulating today. This finding is of special interest, since it is the first detection of a recombination event between the genogroups RHDV and European brown hare syndrome virus (EBHSV) of Lagoviruses. It highlights the importance of full genome virus surveillance and the potential risk of virus variants that might evade diagnostic detection.
Serological assay were used to study the persistency of antibodies developed during a natural infection with Schmallenberg virus. It could be shown that these antibodies are long lasting and therefore, re-emergence of this virus in Europe is likely favoured by introduction of naïve animals into a herd and not by decreasing antibody-titers over time.
Overall, the discoveries described in this thesis underline the importance of adequate tools for virus characterization and they give valuable answers to fundamental questions regarding the biology of the different viruses.
inhibiting fear-related thoughts and defensive behaviors when they are no longer appropriate to the situation is a prerequisite for flexible and adaptive responding to changing environments. Such inhibition of defensive systems is mediated by ventromedial prefrontal cortex (vmpfc), limbic basolateral amygdala (BLA), and brain stem locus-coeruleus noradrenergic system (Lc-nAs). non-invasive, transcutaneous vagus nerve stimulation (tVnS) has shown to activate this circuit. Using a multiple-day single-cue fear conditioning and extinction paradigm, we investigated long-term effects of tVnS on inhibition of low-level amygdala modulated fear potentiated startle and cognitive risk assessments. We found that administration of tVnS during extinction training facilitated inhibition of fear potentiated startle responses and cognitive risk assessments, resulting in facilitated formation, consolidation and long-term recall of extinction memory, and prevention of the return of fear. these findings might indicate new ways to increase the efficacy of exposure-based treatments of anxiety disorders.
Purpose:
To examine the prevalence of the so-called bovine aortic arch variation (common origin of the brachiocephalic trunk and the left common carotid artery) in embolic stroke patients, compared with a control group.
Methods:
Aortic arch branching patterns were retrospectively evaluated in 474 individuals with (n = 152) and without (n = 322) acute embolic stroke of the anterior circulation. Contrast-enhanced CT scans of the chest and neck (arterial contrast phase, 1–2- mm slice thickness) were used to evaluate aortic arch anatomy. The stroke cohort included 152 patients who were treated for embolic strokes of the anterior circulation between 2008 and 2018. A total of 322 randomly selected patients who had received thoracic CT angiographies within the same time frame were included as a control group.
Results:
With a prevalence of 25.7%, the bovine aortic arch variant was significantly more common among patients suffering from embolic strokes, compared with 17.1% of control patients (p = 0.039, OR = 1.67, 95%CI = 1.05–1.97). Stroke patients were more likely to show the bovine arch subtype B (left common carotid artery originating from the brachiocephalic trunk instead of the aortic arch) (10.5% vs. 5.0%, p = 0.039, OR = 2.25, 95%CI = 1.09–4.63), while subtype A (V-shaped common aortic origin of the brachiocephalic trunk and the left carotid) was similarly common in both groups. There was no significant difference regarding the frequency of other commonly observed variant branching patterns of the aortic arch.
Conclusion:
The bovine aortic arch, particularly the bovine arch subtype B, was significantly more common among embolic stroke patients. This might be due to altered hemodynamic properties within the bovine arch.
The aim of our research is a stereoselective synthesis development of 4-aminocyclohexanol by the application of a keto reductase (KRED) and an amine transaminase (ATA). 4-Aminocyclohexanol is a valuable precursor for active pharmaceutical ingredients, for example, lomibuvir (a HCV protease inhibitor), ambroxol (a secretolytic agent) and other bioactive molecules. Today, the trans-4-aminocyclohexanol is accessed via Ni-catalyzed synthetic procedure giving moderate yields. In our project we perform cis- and trans-4-aminocyclohexanol synthesis from 1,4-cyclohexanedione (a bio-based precursor) by an one-pot approach combining sequentially a KRED and an ATA as catalysts. For this, we envisaged two multistep enzymatic procedures. The route A would involve 4-hydroxycyclohexanone formation from 1,4-cyclohexanedione via a KRED-catalyzed monoreduction and a further transamination mediated by an ATA towards 4-aminocyclohexanol. The route B would consist of switching the steps of the previous sequential approach, that is, a monoamination of the diketone to yield 4-aminocyclohexanone, and the subsequent reduction of the remaining carbonyl group. Only route A turned out to be feasible, and we performed 4-aminocyclohexanol synthesis at the preparative scale in the sequential and tandem modes. Depending on the ATA, both isomers can be obtained.
Background
In combination with systematic routine screening, brief alcohol interventions have the potential to promote population health. Little is known on the optimal screening interval. Therefore, this study pursued 2 research questions: (i) How stable are screening results for at‐risk drinking over 12 months? (ii) Can the transition from low‐risk to at‐risk drinking be predicted by gender, age, school education, employment, or past week alcohol use?
Methods
A sample of 831 adults (55% female; mean age = 30.8 years) from the general population was assessed 4 times over 12 months. The Alcohol Use Disorders Identification Test—Consumption was used to screen for at‐risk drinking each time. Participants were categorized either as low‐risk or at‐risk drinkers at baseline, 3, 6, and 12 months later. Stable and instable risk status trajectories were analyzed descriptively and graphically. Transitioning from low‐risk drinking at baseline to at‐risk drinking at any follow‐up was predicted using a logistic regression model.
Results
Consistent screening results over time were observed in 509 participants (61%). Of all baseline low‐risk drinkers, 113 (21%) received a positive screening result in 1 or more follow‐up assessments. Females (vs. males; OR = 1.66; 95% confidence intervals [95% CI] = 1.04; 2.64), 18‐ to 29‐year‐olds (vs. 30‐ to 45‐year‐olds; OR = 2.30; 95% CI = 1.26; 4.20), and those reporting 2 or more drinking days (vs. less than 2; OR = 3.11; 95% CI = 1.93; 5.01) and heavy episodic drinking (vs. none; OR = 2.35; 95% CI = 1.06; 5.20) in the week prior to the baseline assessment had increased odds for a transition to at‐risk drinking.
Conclusions
Our findings suggest that the widely used time frame of 1 year may be ambiguous regarding the screening for at‐risk alcohol use although generalizability may be limited due to higher‐educated people being overrepresented in our sample.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine Koordinationsübung zum Bewegungsverhalten des Unterkiefers untersucht. Die Koordination stellt, neben der Bewegungskapazität und der okklusalen Stabilität bzw. der gelenkbezogenen Zentrierung, ein Charakteristikum der Mobilität des Unterkiefers dar. Die für die Analyse notwendigen Daten wurden aus der bevölkerungsrepräsentativen SHIP-Studie (Study of Health in Pomerania), speziell aus der Basisstudie SHIP-0 im Zusammenhang mit dem zahnmedizinisch Assoziierten Projekt (Teilprojekt D), erhoben. Insgesamt wurden 279 Probanden untersucht, ein vollständiger Datensatz lag bei 260 Probanden vor. Die für die Untersuchung zugelassenen Probanden durften keinen herausnehmbaren Zahnersatz und keinen Stützzonenverlust aufweisen. Die Bewegungsdaten wurden mit dem ultraschallbasierten Messsystem Jaw-Motion-Analyser (Fa. Zebris Medical, D-Isny) dreidimensional aufgezeichnet. Die Probanden wurden gebeten, einen vorgegebenen Kreis mit dem Unterkiefersensor so koordiniert und kreisförmig nachzuzeichnen. Die Übung unterlag keinen Vorgaben hinsichtlich der Startrichtung, Zyklenanzahl oder der Geschwindigkeit. Zusätzlich zu den erhobenen Bewegungsdaten wurden in der Basisstudie mittels Befundbögen weitere Parameter erhoben. Diese waren der Hugoson-Index, der Helkimo-Index, das Geschlecht, das Alter, ob eine präferierte Kauseite vorlag oder ob die Probanden eine Parafunktion (Knirschen oder Pressen) aufwiesen. Die Messdaten wurden zunächst aus der systemeigenen Software, WinJaw, exportiert und in eine Auswertungssoftware, JawReports, importiert. Mit Hilfe von JawReports konnten an den dargestellten Bewegungsbahnen Messpunkte festgelegt werden. Für die Analyse einer Kreisbewegung wurden zuvor Variablen definiert. Die mittels JawReports gemessenen metrischen Variablen wurden in eine Form einer Excel-Tabelle gespeichert und in das Statistikprogramm SPSS importiert und anschließend statistisch ausgewertet. In der Probandengruppe der über (40 – 60) und unter Vierzigjährigen (0 – 39) unterschieden sich der Kreisfehler (Abweichung vom Idealkreis) und die Geschwindigkeit signifikant. Beide Variablen vergrößerten sich mit zunehmendem Alter. Zwischen der Helkimo-Gruppe D0 (symptomfrei) und der Gruppe D1 – 3 (leichte bis schwere Symptome) waren der Kreisradius und die linkslaterale Auslenkung signifikant kleiner mit der Symptomatik einer Dysfunktion. Zwischen den Probanden der Helkimo-Gruppe A (mandibuläre Mobilität), die symptomfrei (Score 0) waren und leichte bis schwere Symptome (Score 1 -5) aufwiesen, wurden die meisten signifikanten Unterschiede gefunden. Mit den Anzeichen einer Symptomatik verringerte sich signifikant der Kreisradius, die Öffnungsweite in 2D und in 3D, die links- und rechtslaterale Auslenkung und die Geschwindigkeit. Der frontale Öffnungs- und Schließwinkel hingegen wurde signifikant größer. Bei einer Kauseitenpräferenz vergrößerte sich der frontale Öffnungswinkel signifikant. Der Einfluss von einem Knirschen und Pressen ergab keine Signifikanzen zwischen den Probandengruppen. Die Ergebnisse lassen schlussfolgern, dass die Kreisbewegung eine geeignete Übung zur Analyse der Koordination des Unterkiefers darstellt. Die Ergebnisse sollten im Zusammenhang mit weiteren Befunden der Funktionsanalyse gesehen werden.
Der Einfluss von kaltem Atmosphärendruckplasma auf die Melaninsynthese in humanen Melanozyten
(2020)
Das zur Behandlung von chronischen Wunden zugelassene Plasmagerät kINPen®MED wurde in der vorliegenden Arbeit hinsichtlich eines möglichen Effektes auf die Pigmentierung der Haut in vitro untersucht. Dazu wurden zunächst Untersuchungen an Melanomzellen durchgeführt. Verschieden stark pigmentierte Melanomzelllinien wurden einer indirekten Plasmabehandlung ausgesetzt, das heißt mit plasmabehandeltem Zellkulturmedium inkubiert, und der Melaningehalt wurde vor und nach der Behandlung durch eine UVspektroskopische Analyse evaluiert. Im Vergleich zu den unbehandelten Zellen war der Melaningehalt aller getesteten Melanomzelllinien erhöht. Auch im Vergleich zu Zellen, die mit den Positivkontrollen IBMX beziehungsweise NH4Cl / Tyrosin behandelt wurden, zeigte sich ein verstärkter Effekt der Plasmabehandlung auf die Pigmentierung der Melanomzellen. Da Melanomzellen nicht in erster Linie das Ziel von therapeutisch indizierten Beinflussungen der Pigmentierung sind, wurde im nächsten Schritt die Bestimmung des Melaningehaltes von primären Melanozyten nach in vitro-Plasmabehandlung durchgeführt. Dazu wurde zunächst die Methode zur relativen Melaninquantifizierung grundlegend überarbeitet. Es wurden zwei verschiedene Methoden zur verbesserten Melaninanalytik entwickelt, die hinsichtlich der benötigten Probenmenge im Vergleich mit der UV- spektroskopischen Melaningehaltsbestimmung im Melanomzellmodell eine höhere Sensitivität aufweisen. Die erste Methode basiert, wie in der Literatur beschrieben, auf der Oxidation des Melanins in alkalischer Lösung durch Wasserstoffperoxid und anschließender Analyse der melaninspezifischen Abbauprodukte. Die bestehende Methode wurde um eine massenspektrometrische Detektion der Abbauprodukte erweitert, was eine Reduktion der benötigten Probenmenge um den Faktor 10 ermöglichte bei Erhalt der Differenzierungsmöglichkeit zwischen Eumelanin und Phäomelanin. Die Analyse von primären Melanozyten nach indirekter Plasmabehandlung im Vergleich mit unbehandelten
Melanozyten ergab eine geringe Steigerung des Eumelaningehaltes in Melanozyten eines stark pigmentierten Spenders, der Phäomelaningehalt blieb unverändert. Der als
Positivkontrolle verwendete cAMP-Abbau-Inhibitor IBMX erhöhte sowohl den Eu- als auch den Phäomelaningehalt. Die zweite Methode zur Bestimmung des relativen Melaningehaltes beruht auf der Autofluoreszenz des Melanins, die bei einer Anregungswellenlänge von 785 nm im NIRBereich zu beobachten ist. Unter Verwendung der Durchflusszytometrie konnte eine Einzelzellanalyse der primären Melanozyten hinsichtlich ihrer Autofluoreszenzintensität durchgeführt werden. Dabei korrelierten die erzielten Ergebnisse der relativen Intensitätsänderung mit denen der massenspektrometrischen Quantifizierung der Melaninabbauprodukte. Gegenüber der unbehandelten Kontrolle war der Melaningehalt nach indirekter Plasmabehandlung geringfügig gesteigert. Nach Behandlung der Zellen mit IBMX als pharmakologischer Positivkontrolle sowie infolge einer Behandlung mit direkter UVStrahlung als physikochemischer Positivkontrolle war jedoch ein stärkerer Effekt auf die Steigerung der Melaninproduktion als bei der indirekten Plasmabehandlung zu beobachten. Die in vitro erhaltenen Ergebnisse konnten auf ein komplexeres Modell übertragen werden, indem eine direkte Plasmabehandlung von Hautproben ex vivo durchgeführt wurde. Außerdem wurde auf diese Weise ein Vergleich zwischen direkter Plasmabehandlung und UVStrahlung neben der unbehandelten Kontrolle möglich. Dazu wurden aus den Hautproben nach Behandlung und anschließender Inkubationszeit Kryoschnitte angefertigt. Um das enthaltene Melanin sichtbar zu machen, wurden die Schnitte einer Silbernitratfärbung unterzogen. Die an einem konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop aufgenommenen Bilder wurden anschließend mit Hilfe zweier Softwares ausgewertet und die Ergebnisse verglichen. Insgesamt lässt sich trotz starker Schwankung der Ergebnisse beobachten, dass eine wiederholte direkte Plasmabehandlung eine Steigerung der Pigmentierung bewirkt, wenn auch in schwächerem Ausmaß, als dies nach UV-Bestrahlung zu beobachten ist. Insgesamt konnte durch Analyse des Melaningehaltes mit grundlegend unterschiedlichen Methoden wiederholt beobachtet werden, dass eine Plasmabehandlung einen geringen Effekt auf die Pigmentierung humaner Melanozyten ausübt. Dieser Effekt ist bei Behandlungszeiten, wie sie für den kINPen®MED zur Wundbehandlung empfohlen sind, im Vergleich zu einer UVBestrahlung beziehungsweise im Vergleich mit einer pharmakologischen Induktion der Melanogenese deutlich niedriger. Eine Intensivierung der Pigmentierung im Rahmen einer Wundbehandlung ist demnach nicht zu erwarten. Nichtsdestotrotz übt die Plasmabehandlung einen, wenn auch geringen, Effekt auf die Melaninproduktion in der humanen Haut aus. Um etwaige beteilige Enzyme an der gesteigerten Melaninproduktion zu erkennen, wurden Genexpressionsanalysen durchgeführt. Durch die Untersuchung der differenziellen Expression mittels Microarray konnte für 287 annotierte Gene eine Änderungen der Expression festgestellt werden, davon konnten 2 Gene identifiziert werden, für die ein Zusammenhang mit der Pigmentierung beschrieben ist. Veränderte Expressionslevel der hauptsächlich an der Melaninsynthese beteiligten Enzyme wurden durch die Plasmabehandlung der Melanozyten nicht detektiert. Die Untersuchung einiger ausgewählter, an der Melanogenese beteiligter Enzyme mittels qPCR führte zum selben Ergebnis: durch die getesteten Parameter der indirekten Plasmabehandlung wurden keine biologisch relevanten Änderungen des Transkriptionslevels hervorgerufen. In der vorliegenden Arbeit wurde umfassend gezeigt, dass das Medizinprodukt kINPen®MED in den durchgeführten in vitro Tests einen vergleichsweise geringen Effekt auf die Pigmentierung ausübt, der den Positivkontrollen unterlegen ist. Diese Ergebnisse zeigen, dass der kINPen®MED keinen geeigneten Modulator der Pigmentierung darstellt. Gleichzeitig unterstreichen die Resultate die Unbedenklichkeit der sachgemäßen Anwendung des kINPen®MED an der humanen Haut hinsichtlich etwaiger Melanin-bedingter Veränderungen. Es ist weder eine sichtbare Verstärkung der Pigmentierung noch eine Depigmentierung zu erwarten. Zudem wurde durch die Weiterentwicklung der Methodik im Bereich der Melaninanalytik ein Beitrag zur zukünftigen Testung von Pigmentierungsmodulatoren in Zellkulturmodellen geleistet.
Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the deadliest cancers. Acquired inherited and/or somaticmutations drive its development. In order to prevent the formation of these mutations, precise and immediaterepair of any DNA damage is indispensable. Non-homologous end-joining (NHEJ) is the key mechanism of DNAdouble-strand break repair. Here, we report that miR-502 targets two components in pancreatic cell lines, Ku70and XLF of the C-NHEJ. Interestingly, we also observed an attenuated cell cycle response to gamma ionizingradiation (γ-IR) via diminished phosphorylation of checkpoint kinase 1 (Chk1) on serine 345 in these cell lines.Altogether, pancreatic cells showed increased susceptibility toγ-IR via direct inhibition of DNA double-strandbreak repair and attenuation of the cell cycle response.
The non-renewable energy sources coal, oil and natural gas that contribute the major share of the world's energy, will be running out in the next 40-80 years. With the growing energy demands especially in developing countries, which is likely to surpass that of the developed countries in next 50 years, an alternate energy source is the need to the hour. The nuclear fusion energy is foreseen as one of the potential candidates to solve the current global energy crisis. One of the major challenges faced by the fusion community is the problem of power exhaust. With the larger fusion devices to be built in the future, the heat load on the plasma facing components are expected to grow higher. The present work explores two numerical studies performed on the Wendelstein 7-X, the world's largest stellarator type fusion device, to cope with this problem.
The first project on `'Numerical Studies on the impact of Connection Length in Wendelstein 7-X'' identifies magnetic configuration with long connection lengths, which could bring down the peak heat fluxes onto the divertor to manageable levels, by greater role of cross-field transport which may assist to get a wider heat deposition profile. The second project on `'Development of Heating Scenario to Reduce the Impact of Bootstrap Currents in Wendelstein 7-X'' advocates a novel self-consistent approach to reach high plasma density at full heating power without overloading the divertor during the transient phase of the evolution of the toroidal plasma current, by controlling two parameters; density and power. The aim of both the projects is to contribute to tackling the challenge of the tremendous power exhaust from fusion plasma which, if solved, will be a large step closer to a fusion power plant.
Objective
Congenital hyperinsulinism (CHI) is a rare disease characterized by persistent hypoglycemia as a result of inappropriate insulin secretion, which can lead to irreversible neurological defects in infants. Poor efficacy and strong adverse effects of the current medications impede successful treatment. The aim of the study was to investigate new approaches to silence β-cells and thus attenuate insulin secretion.
Research Design and Methods
In the scope of our research, we tested substances more selective and more potent than the gold standard diazoxide that also interact with neuroendocrine ATP-sensitive K+ (KATP) channels. Additionally, KATP channel-independent targets as Ca2+-activated K+ channels of intermediate conductance (KCa3.1) and L-type Ca2+ channels were investigated. Experiments were performed using human islet cell clusters isolated from tissue of CHI patients (histologically classified as pathological) and islet cell clusters obtained from C57BL/6N (WT) or SUR1 knockout (SUR1-/-) mice. The cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]c) was used as a parameter for the pathway regulated by electrical activity and was determined by fura-2 fluorescence. The mitochondrial membrane potential (ΔΨ) was determined by rhodamine 123 fluorescence and single channel currents were measured by the patch-clamp technique.
Results
The selective KATP channel opener NN414 (5 µM) diminished [Ca2+]c in isolated human CHI islet cell clusters and WT mouse islet cell clusters stimulated with 10 mM glucose. In islet cell clusters lacking functional KATP channels (SUR1-/-) the drug was without effect. VU0071063 (30 µM), another KATP channel opener considered to be selective, lowered [Ca2+]c in human CHI islet cell clusters. The compound was also effective in islet cell clusters from SUR1-/- mice, showing that [Ca2+]c is influenced by additional effects besides KATP channels. Contrasting to NN414, the drug depolarized ΔΨ in murine islet cell clusters pointing to severe interference with mitochondrial metabolism. An opener of KCa3.1 channels, DCEBIO (100 µM), significantly decreased [Ca2+]c in SUR1-/- and human CHI islet cell clusters. To target L-type Ca2+ channels we tested two already approved drugs, dextromethorphan (DXM) and simvastatin. DXM (100 µM) efficiently diminished [Ca2+]c in stimulated human CHI islet cell clusters as well as in stimulated SUR1-/- islet cell clusters. Similar effects on [Ca2+]c were observed in experiments with simvastatin (7.2 µM).
Conclusions
NN414 seems to provide a good alternative to the currently used KATP channel opener diazoxide. Targeting KCa3.1 channels by channel openers or L-type Ca2+ channels by DXM or simvastatin might be valuable approaches for treatment of CHI caused by mutations of KATP channels not sensitive to KATP channel openers.
The global prevalence of kidney diseases has been steadily rising over the last decades. Today, around 10% of the world population suffers from relevant chronic kidney disease. Podocytes are highly specialized and terminally differentiated cells residing in the filtering units of the kidneys, the so-called glomeruli. With their interdigitating foot-processes, these cells are a crucial part of the renal filtration barrier. As podocytes are post-mitotic, injury or loss of these cells results in an impairment of the filtration barrier with subsequent loss of global kidney function. Therefore, the question whether a relevant amount of podocytes can be regenerated and if this regeneration can be influenced is crucial for future therapeutic developments. As in vivo microscopic imaging of podocytes in higher animals like mice or rats is rather challenging, larval zebrafish have been applied as an animal model for podocyte development and kidney filtration. 48 hours post fertilization, zebrafish larvae develop a single filtering glomerulus with a similar morphology and molecular construction to that in mammals. For evaluation of podocyte morphology and filtration, we used transgenic zebrafish strains in which podocytes were labeled with fluorescence proteins. Additionally, podocytes expressed the bacterial enzyme nitroreductase fused to the fluorescence protein mCherry. In this model, application of the antibiotic metronidazole leads to podocyte-specific cell death. Through cross-breeding we established strains that additionally express an eGFP-labeled protein in the blood plasma. Using in vivo two-photon microscopy, we could image podocyte-loss induced impairments of the glomerular filtration barrier. Additionally, we tracked characteristic morphological changes of podocyte morphology including podocyte foot process effacement, development of sub-podocyte pseudocysts and finally detachment of whole cells from the glomerular basement membrane. These changes have been before described histologically in different animal models as well as in patient biopsies. Using the in vivo microscopy approach, we could clearly describe the temporal sequence of these alterations. Finally, we also tracked individual, non-detached podocytes over up to 24 hours, and found that these cells were non-migratory. These results show that early podocyte-regeneration through immigration of intra- or extraglomerular cells is unlikely within the first 24 hours of acute glomerular injury.
Reactive species play an essential role in orchestrating wound healing responses. They act as secondary messengers and drive redox-signaling pathways that are involved in the hemostatic, inflammatory, proliferative and remodeling phases of wound healing. Cold plasma produces a profusion of short- and long-lived redox species that promotes wound healing, however, until today, the knowledge of CAP mediated wound healing remained scarce. In this thesis, CAP mediated wound healing mechanism and their effect on extracellular matrix and adhesion molecules have been investigated. To this end, a keratinocyte cell line (HaCaT), skin fibroblast cell line (GM Fbs) and an in vitro coculture model including both HaCaT and GM Fbs at a 2:1 ratio, were employed to investigate the cross talk between these two skin cell types.
We examined the impact of CAP on extracellular matrix proteins and cell adhesion molecules in GM Fbs and observed a significant impact of cold plasma treatment on the expression level of collagen moieties, cell adhesion molecule like integrin, cadherin, versican, MMPs as well as extracellular matrix proteins.
Moreover, scratch assays with monocultures of HaCaT, GM Fbs and coculture of these two cell types were performed. We detected that, CAP accelerated the migratory capability of HaCaT cells cocultured with fibroblasts. In fact, compared to HaCaT monoculture, a significant acceleration on cell migration was observed in coculture upon CAP treatment. NAC, a potent antioxidant could abrogate this CAP-stimulated cell migration in coculture, further pointing towards the importance of well-orchestrated reactive species in wound healing. To better understand this CAP-mediated effect on cell migration, we examined the signaling pathways involved in tissue homeostasis and regeneration. We checked the HIPPO signaling pathway and observed an upregulation of several signaling molecules at transcriptional level in GM Fbs upon CAP treatment.
YAP is the central nuclear executer of HIPPO signaling pathway. YAP was upregulated in both HaCaT cells and GM Fbs. The major downstream effectors of the HIPPO signaling pathway (CTGF and Cyr61) were also upregulated in dermal fibroblasts at both transcriptional and protein level. However, administration of antioxidant NAC inhibited CAP-mediated wound healing and abrogated the gene expression of the HIPPO downstream effectors. These results confirm that the upregulation of YAP-CTGF-CYR61 axis is due to CAP-generated redox species. In HaCaT cells, both CTGF and Cyr61 was minimally transcribed. Even though CTGF was rarely detected in HaCaT cells on the protein level,Cyr61 remained undetected. This again shows the importance of the cross talk between fibroblasts and keratinocytes.
The coculture with the inclusion of fibroblasts showed an accelerated migration rate, compared to HaCaT monoculture which specifies a cross talk between these two cell types. Thus, monoculture of HaCaT cells were incubated with CAP-treated and untreated fibroblast conditioned medium. Interestingly, we observed that HaCaT cells exhibited an improved cell migration rate when incubated with CAP-treated fibroblast-conditioned media compared to that observed after incubation with untreated media. Upon investigation, an induction of CTGF and Cyr61 secretion was observed upon CAP treatment in the fibroblast-conditioned media. Furthermore, exposure to recombinant CTGF and Cyr61 could also significantly improve HaCaT cell migration which confirms that CAP mediated accelerated cell migration is due to activation of YAP-CTGF-Cyr61 axis.
In conclusion, this study revealed a completely new mechanical insight of CAP mediated wound healing. Along with several other ECM molecules, CAP activates a regenerative signaling pathway i.e., HIPPO signaling pathway in dermal fibroblasts at the onset of wound healing. Dermal fibroblasts drive a paracrine interaction by secreting CTGF and Cyr61 in close vicinity of wound, resulting in accelerated keratinocyte migration and wound healing in coculture.
Der OUTBACK®-Katheter ist eine nadelgestützte Vorrichtung, die den Wiedereintritt in ein Gefäßlumen aus dem subintimalen Raum bei erfolgloser antegrader subintimaler Rekanalisation ermöglicht. Er ist reserviert für Fälle, in denen ein Wiedereintritt mit herkömmlichen Draht- und Kathetertechniken nicht möglich ist.
Das ist eine retrospektive Studie vom Helios Klinikum Erfurt über die Erfolgsrate eines OUTBACK® Re-Entry-System in Fällen, in denen eine konventionelle intraluminale bzw. subintimale Rekanalisation initial erfolglos war.
Alle Fälle, in denen die Rekanalisation zwischen Juli 2013 und April 2018 unter Einsatz des OUTBACK® Re-Entry-Systems erfolgte, wurden retrospektiv identifiziert und in diese Studie aufgenommen. Es wurden 39 Patienten identifiziert, bei denen der OUTBACK® Wiedereintrittskatheter 40 Mal (zweimal bei demselben Patienten) verwendet wurde.
Die Interventionsindikation bestand in den meisten Fällen aus einer mäßigen bis schweren Claudicatio intermittens und einer CLI (Stadium IIb-IV nach Fontaine und Stadium II-VI nach Rutherford). Ein Fall war die Angiographie wegen der Behandlung eines mykotischen Aneurysmas der Aorta descendens bei Zustand nach Ösophaguskarzinom mittels thorakaler endovaskulärer Aortenreparatur (TEVAR) mit zufälliger Okklusion der AIC. In einem Fall war die Angiographie zur endovaskulären Aortenreperatur (EVAR) bei Nahtaneurysma der AIC nach iliakofemoralem Bypass mit begleitender infrarenaler Aortendissektion indiziert. Der letzte Ausnahmefall war geplant zum Stenting der AIC rechts bei einer flussrelevanten Aortendissektion, bis in die AIC rechts reichend.
Mit dem OUTBACK®-Katheter wurden 28 femoropopliteale Okklusionen (bei 27 Patienten) rekanalisiert, von denen bei 17 Patienten (61 %) ein erneuter Eintritt in das wahre Lumen möglich war. Andererseits wurden von den 10 iliakalen Okklusionen (einschließlich des zufälligen Beckenverschlusses beim TEVAR-Patient), bei denen der OUTBACK®-Katheter verwendet wurde, neun erfolgreiche Rekanalisationen erzielt (90 %). Die beiden subintimalen Rekanalisationen der Dissektionsfälle der A. iliaca communis waren zu 100 % erfolgreich.
Der einzige Fall einer erfolglosen Rekanalisation der iliakalen Okklusionen beruhte auf unzureichenden Erfahrungen des Interventionalisten mit dem OUTBACK®-Katheter (10 %). Die erfolglose Rekanalisation der femoropoplitealen Verschlüsse war auf verschiedene Gründe zurückzuführen. Die Ursachen dafür sind: 1) Massive Verkalkungen des Verschlusses (6 Fälle, 21,4 %), 2) femoropopliteale TASC Typ D sehr lange Verschlüsse von mehr als 25 cm (3 Fälle, 10,7 %), 3) Perforation des Zielgefäßes (1 Fall, 3,6 %) und 4) erschwerte Cross-over-Manöver bei aortobifemoralem Bypass (1 Fall, 3,6 %).
Es wurde nur eine einzige gerätebedingte Komplikation dokumentiert, nämlich eine Perforation mit fokaler Blutung (ohne größere Folgen). Die andere dokumentierte Komplikation war unabhängig von der Verwendung des OUTBACK® Katheter mit einem AFC-Pseudoaneurysma an der Stelle der arteriellen Punktion mit begleitender retroperitonealen Blutung, die operativ behandelt wurde.
Fazit:
Der OUTBACK®-Katheter ist eine effektive und sichere Methode zum Wiedereintritt in das Gefäßlumen, wenn herkömmliche Techniken ausfallen. Es ist auch bei primärer Dissektion der Gefäße erfolgreich, um Zugang zum echten Lumen zu erhalten.
Die Erfolgsraten unseres Instituts stimmten mit denen anderer Studien überein, die eine hohe Erfolgsrate und eine niedrige Komplikationsrate aufwiesen. Das macht die Verwendung dieses Systems in schwierigen Fällen der Rekanalisation besonders nützlich, insbesondere bei Patienten, die sich nicht für eine chirurgische Behandlung eignen.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Assoziationen von Sexualhormonen und anthropometrischen Parametern bei Frauen und Männern aus der Allgemeinbevölkerung zu untersuchen.
Studiendesign und Methodik
Es wurden Querschnittsdaten von 957 Frauen und Männern aus der bevölkerungsbasierten Gesundheitsstudie in Pommern „Study of Health in Pomerania“ (SHIP) verwendet. Assoziationen von Sexualhormonen mit physischen, laborchemischen und bildgebenden Parametern der Anthropometrie wurden in multivariablen Regressionsmodellen für die gesamte Stichprobe analysiert und nach Geschlecht stratifiziert. Sexualhormonmessungen umfassten Gesamttestosteron (TT), freies Testosteron (fT), Estron und Estradiol, Androstendion (ASD), Dehydroepiandrosteronsulfat (DHEAS) und Sexualhormon-bindendes Globulin (SHBG). Zu den anthropometrischen Parametern zählten Body-Mass-Index (BMI), Taillenumfang, Hüftumfang, Taille-zu-Höhe-Verhältnis und Taillen-Hüft-Verhältnis (WHR). Zu den Magnetresonanztomographie basierten Messgrößen zählten viszerales Fettgewebe und subkutanes Fettgewebe. Zu den laborchemisch bestimmten Fettgewebshormonen zählten Leptin und Vaspin.
Ergebnisse
Bei Männern wurden inverse Assoziationen zwischen allen berücksichtigten anthropometrischen Parametern mit TT gefunden: BMI (β-Koeffizient, Standardfehler (SE): -0,159, 0,037), Taillenumfang (β-Koeffizient, SE: -0,892, 0,292), subkutan Fettgewebe (β-Koeffizient, SE: -0,156, 0,023) und Leptin (β-Koeffizient, SE: -0,046, 0,009). Bei Frauen waren TT (β-Koeffizient, SE: 1,356, 0,615) und Estron (β-Koeffizient, SE: 0,014, 0,005) positiv mit dem BMI assoziiert. In Varianzanalysen waren BMI und Leptin bei Männern invers mit TT, ASD und DHEAS assoziiert, jedoch positiv mit Estron. Bei Frauen waren BMI und Leptin mit allen Sexualhormonen positiv assoziiert.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend bestätigte und erweiterte die vorliegende Arbeit die zuvor beschriebenen geschlechtsspezifischen Assoziationen zwischen Sexualhormonen und verschiedenen anthropometrischen Parametern für Übergewicht und Adipositas.
Pankreaskarzinome zählen zu den aggressivsten Tumorentitäten, metastasieren früh und haben eine sehr schlechte Prognose. Aktuellen Untersuchungen zufolge liegt die Fünf-Jahres-Überlebensrate nach einem in kurativer Absicht durchgeführten Eingriff mit anschließender Chemotherapie bei ca. 20 bis 30 %. Bedingt durch die meist erst sehr spät einsetzenden Frühsymptome sind zum Zeitpunkt der Diagnosestellung jedoch nur noch 10 bis 20 % der Tumoren operabel. Chronischer Stress könnte diese Prognose zusätzlich verschlechtern.
In dieser Arbeit wurde in vivo in einem murinen, syngenen und immunkompetenten Pankreaskarzinommodell mittels magnetresonanztomographischer Bildgebung untersucht, ob sich chronischer Stress auf die Tumorprogression eines orthotop implantierten Pankreaskarzinoms bei C57BL/6-Mäusen und deren Prognose auswirkte. Die Stressquantifizierung ließ sich über die Erfassung eines Stressscores und mittels Messung von Corticosteron aus dem Serum der Mäuse eindeutig validieren. Immunhistochemisch wurde die Expression der Matrixmetalloproteinase-9 im Tumorstroma untersucht.
Die Ergebnisse zeigten ein durch Stress induziertes schnelleres Tumorwachstum mit konsekutiv schlechterer Überlebensprognose. Eine unselektive β-Rezeptoren-Blockade mittels Propranolol reduzierte die in dieser Arbeit beschriebenen negativen Auswirkungen von Stress signifikant und verlängerte das Überleben der tumortragenden Versuchstiere unter Stressbedingungen. Die immunhistochemische Aufarbeitung zeigte eine vermehrte MMP-9-Expression im Tumorstroma unter Stressbedingungen.
Die Blockade der β-Rezeptoren wäre zukünftig eine mögliche additive therapeutische Maßnahme, und erste klinisch retrospektive Kohortenstudien legen nahe, dass β-Blocker die Prognose von Tumorerkrankungen positiv beeinflussen können. Zukünftig könnte eine weitere intensive Erforschung stressassoziierter Auswirkungen und Signalkaskaden zum Verständnis und zur Weiterentwicklung dieser vielversprechenden therapeutischen Ansätze beitragen.
Molecular Mechanisms of the Efficacy of Cold Atmospheric Pressure Plasma (CAP) in Cancer Treatment
(2020)
Mechanically ventilated patients are at risk of ventilator-associated pneumonia, a serious infection of the lungs. Not every ventilated patient develops pneumonia due to a combination of the protective layer of mucus in the airways, the immune system and prophylactic antibiotic therapy. To date, only little was known about the antimicrobial factors produced by humans that protect the lungs against infection. Research described in this thesis was therefore aimed at investigating to what extent the lungs of ventilated patients can inhibit the growth of bacteria, the major causative agent of pneumonia Streptococcus pneumoniae in particular. To this end, the accumulated mucus in the patients’ lungs, sputum, was investigated. The most important conclusion was that sputum can indeed possess antimicrobial activity, explained either by a combination of antibiotics and S. pneumoniae-specific antibodies, or by the innate immune defenses. Thus, sputum may serve as a valuable source of information to unravel the complex interactions between the human host, antimicrobial factors and the microbiome of the lower respiratory tract. A possible consequence of pneumonia is the dissemination of bacteria from the lungs to the bloodstream and the brain, which may lead to meningitis. This thesis describes how this process takes place, and how the so-called choline-binding protein CbpL contributes to invasive pneumococcal infections. In addition, possible future approaches to prevent meningitis caused by this bacterium are proposed.
Abstract
Background
A growing proportion of older people in Germany receive long‐term care from informal and professional caregivers at home. Their personal assessment of the individual care situation is scarcely considered.
Aim
This study aimed to explore the subjective views of care recipients, informal and professional caregivers on the adequacy of care provision in long‐term home care arrangements.
Design and Methods
Qualitative semi‐structured face‐to‐face interviews were conducted with ten care recipients, ten professional caregivers and eight informal caregivers to capture their perspectives on the adequacy of the care received and delivered. Qualitative content analysis was applied using MAXQDA software.
Results
All groups highlighted that they perceive an underprovision of care, even though their explanations differed. The underprovision was mainly described regarding the quality rather than quantity of services. It occurs especially in interpersonal relationships and social inclusion, where the gap between the self‐perceived current situation and the desires of those affected is most prominent. The ambivalent impact of home care on social participation becomes apparent. Perceptions of an overprovision of care range from the view that it appears mainly with respect to informal care to the statement that it is currently non‐existent or generally impossible. Misprovision of care is experienced as serious whenever the interviewees face the challenge of preserving existing abilities or regaining certain skills.
Hintergrund
Immer mehr pflegebedürftige Menschen werden in der Häuslichkeit durch informell Pflegende zusammen mit ambulanten Pflegediensten versorgt. Die drei Konzepte „Pflegebedürftigkeit“, „Gesundheit“ und „Krankheit“ spielen in diesem Kontext eine besondere Rolle. Über keines dieser Konzepte besteht definitorische Einigkeit; die Termini werden je nach Kontext bzw. Zweck unterschiedlich verstanden. Empirische Sozialforschung, Medizintheorie sowie Medizin- und Pflegeethik beschäftigen sich intensiv – jedoch getrennt voneinander – mit ihren Inhalten und ethischen Implikationen. Den drei Konzepten ist gemeinsam, dass deren subjektives Verständnis und normative Implikationen in der ambulanten Pflege bisher nur unzureichend analysiert wurde.
Methoden
In einem dreigliedrigen Projekt bestand der erste Schritt in einer Literaturrecherche mit Analyseschwerpunkt zu medizin- und pflegeethischen sowie medizintheoretischen Konzepten im wissenschaftlichen Diskurs zu Gesundheits- und Krankheitsvorstellungen. Ausgehend davon wurden die Forschungsfrage und - methode festgelegt. In einem zweiten Schritt erfolgte die empirische Exploration subjektiver Perspektiven professionell Pflegender, Pflegebedürftiger und informell Pflegender auf Pflegebedürftigkeit, Gesundheit und Krankheit in häuslichen Langzeitpflegearrangements mit Hilfe qualitativer Leitfadeninterviews. Die Auswertung der Transkripte wurde mittels qualitativer Inhaltsanalyse vorgenommen. Um Implikationen für die empirische Sozialforschung, Medizintheorie sowie Medizin- und Pflegeethik entwickeln zu können, führte ein dritter Schritt die empirischen und normativen Perspektiven zusammen.
Ergebnisse
Die Studie liefert empirische Ergebnisse zu den subjektiven Vorstellungen und Wahrnehmungen professionell Pflegender, Pflegebedürftiger und informell Pflegender hinsichtlich der Angemessenheit der Versorgung (1), den Vorstellungen von Gesundheit (2) und den Belastungen, die aus der häuslichen Pflegesituation resultieren (3). Zudem werden die Ergebnisse der empirisch-ethischen Analyse zu Spannungsfeldern zwischen subjektivem Krankheitsgefühl („Illness“) und anhand objektiver Kriterien festgestellter Krankheit („Disease“) geschildert und die Grenzen der moralischen Verpflichtungen zur Pflegeübernahme in der ambulanten Pflege abgesteckt.
Diskussion
Ein Vergleich der empirischen Ergebnisse mit existierenden normativen Leitfäden offenbart eine Diskrepanz zwischen Ist- und Sollzustand. Es wird die Bedeutung für die Praxis der empirischen Sozialforschung sowie der Medizintheorie und Medizin- und Pflegeethik abgeleitet.
Die Pflege demenziell erkrankter Menschen geht bekanntermaßen mit einer Belastung für die Pflegepersonen einher. Ziel dieser Studie war es, die Belastung pflegender Angehöriger und professioneller Pflegekräfte unmittelbar nach Krankenhausaufnahme des Menschen mit Demenz zu beschreiben.
In dieser deskriptiven Querschnittstudie füllten 25 pflegende Angehörige und 25 professionelle Pflegekräfte der geschlossenen gerontopsychiatrischen Station eines Krankenhauses in Greifswald einen Fragebogen (BIZA-D-PV)
aus, der in verbundenen Stichproben ausgewertet wurde. Es wurden Häufigkeitsverteilungen, Mittelwertunterschiede und Korrelationen bestimmt. Darüber hinaus erfolgte eine Einordnung der pflegenden Angehörigen in Risikogruppen.
Die pflegenden Angehörigen empfanden eine höhere Belastung durch kognitive Einbußen, Aggressivität und Verwirrtheit des Menschen mit Demenz im Vergleich zu den professionellen Pflegekräften. Statistisch signifikante Unterschiede in Hinblick auf die Belastung durch praktische Pflegeaufgaben ließen sich nicht feststellen. Weibliche Angehörige gaben eine höhere Belastung an als männliche Angehörige, wohingegen in der Gruppe der professionellen Pflegekräfte die männlichen Befragten eine höhere Belastung empfanden.
Es wurden Korrelationen zwischen einzelnen Belastungsdimensionen und dem Alter der Pflegenden, dem Schweregrad der Demenz sowie körperlichen Beschwerden der Pflegenden beschrieben. Die Einordnung der pflegenden Angehörigen in Risikogruppen zeigte ein hohes Risiko für die Entwicklung von Depressionen bei den Pflegenden, für Gewaltanwendung gegenüber den demenziell Erkrankten und deren Heimeinweisung innerhalb der nächsten Monate in 44-72% der Fälle.
Die Ergebnisse verdeutlichen die Notwendigkeit, Erkenntnisse über die Belastung der Pflegenden im zeitlichen Verlauf der Pflege zu sammeln, um zielgerichtete Interventionen entwickeln zu können. Derartige Interventionen sollten darauf abzielen, eine Reduktion der Pflegebelastung zu ermöglichen und Krankenhauseinweisungen aufgrund einer Krise
der häuslichen Pflege zu vermeiden.
The achievement and monitoring of a good environmental status on continental shelf seas requires
the use of acoustic remote sensing techniques due to their range. The interpretation of acoustic signals
for the identification of benthic communities, however, is still in its infancy. In this thesis, the results
of two field campaigns conducted in a sandy environment off the shore of Sylt Island (North Sea)
utilizing ship- and lander-based acoustic and optical remote sensing techniques are discussed. The
objective of the thesis is a better knowledge of the impact of the polychaete Lanice conchilega on
physical seafloor properties, especially roughness at a cm to mm scale, which is relevant for
understanding acoustic scatter. The results show a clear impact of L. conchilega on roughness even in
sparse populations of less than 2% coverage. However, these sparsely populated areas could not be
reliably identified with acoustic data; a denser population of L. conchilega provided a clearer signal for
the acoustic remote sensing methods. The results are promising regarding the broader use of acoustic
remote sensing techniques for environmental monitoring in selected habitats, although the
determination of minimum population thresholds that can be identified will require further studies.
Background: Annual transfusion rates in many European countries range between 25 and 35 red blood cell concentrates (RBCs)/1,000 population.It is unclear why transfusion rates in Germany are considerably higher (approx. 50–55 RBCs/1,000 population). Methods: We assessed the characteristics of transfusion recipients at all hospitals of the German federal state Mecklenburg-Western Pomerania during a 10-year longitudinal study. Results: Although 75% of patients received ≤4 RBCs/patient in 2015 (1 RBC: 11.3%; 2 RBCs: 42.6%; 3 RBCs: 6.3%; 4 RBCs: 15.0%), the mean transfusion index was 4.6 RBCs due to a minority of patients with a high transfusion demand. Two thirds of all RBCs were transfused to only 25% of RBC recipients. Consistently, male patients received a higher number of RBCs (2005: 54.2%; 2015: 56.8%) and had a higher mean transfusion index than female patients (mean 5.1 ± 7.2; median 2; inter-quartile range [IQR] 2–4 vs. mean 4.0 ± 5.8; median 2; IQR 2–4). The absolute transfusion demand decreased between 2005 and 2015 by 13.5% due to a composite of active reduction (clinical practice change) and population decline in the 65- to 75-year age group (lower birth rate cohort 1940–1950); however, with major differences between hospitals (range from –61.0 to +41.4%). Conclusion: Transfusion demand in a population could largely be driven by patients with high transfusion demand. Different treatment practices in this group of patients probably add to the major differences in transfusion demand per 1,000 individuals between countries. The available data cannot prove this hypothesis. Implementation of a diagnosis-related group-based monitoring system is urgently needed to allow informative monitoring on the population level and meaningful comparisons between transfusion practices.
Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkungen des demographischen Wandels auf die
Blutversorgung in Mecklenburg-Vorpommern (MV) zu analysieren. Dabei sollten
Grundlagen für die Entwicklung von gesundheitspolitischen Strategien geschaffen
werden, um einem Defizit in der Versorgung entgegenwirken zu können.
Durch eine prospektive Longitudinalstudie mit Daten zu allen Vollblutspendern und
Empfängern von Erythrozytenkonzentraten (EK) in MV in den Jahren 2005, 2010 und
2015 wird die Versorgungskette vollständig abgebildet. Derartige Informationen liegen
zum jetzigen Zeitpunkt für kein anderes Bundesland vor.
Es konnte gezeigt werden, dass die demographischen Veränderungen durch eine
Abnahme der Spenderzahlen zu einem ausgeprägten Rückgang der Vollblutspenden
geführt haben (-18,0%). Dies wird verstärkt durch einen Rückgang der Spendebereitschaft
um -10,6% insbesondere bei den <30-Jährigen. Gleichzeitig konnte trotz
alternder Bevölkerung auch der Blutbedarf dank des medizinischen Fortschritts um
13,5% reduziert werden. Dennoch deckten bereits im Jahr 2015 die gewonnenen
Blutspenden nur noch knapp den Blutbedarf der Patienten. Die durchgeführten Vorausberechnungen
für 2030 lassen erwarten, dass es mit einem Defizit von circa
18.000 EK zu erheblichen Versorgungsproblemen im Bundesland kommen wird,
wenn Spendebereitschaft und Transfusionsbedarf auf dem Niveau von 2015 verbleiben.
Die demographische Situation Mecklenburg-Vorpommerns ist denen der westlichen
Bundesländer Deutschlands circa 10 Jahre voraus. Damit nimmt Mecklenburg-
Vorpommern als Modellregion eine Vorreiterrolle bezüglich der Bewältigung der
damit einhergehenden Herausforderungen für die Blutversorgung ein. Um den Blutbedarf
der Patienten langfristig und überregional decken zu können, wird in Zukunft
eine noch engere interdisziplinäre Kooperation von Blutspendediensten, Krankenhäusern
und Gesundheitspolitik sowohl auf Landes- als auch Bundesebene notwendig
sein.
Zerebrale kavernöse Malformationen (CCMs) sind vaskuläre Fehlbildungen des zentralen Nervensystems, welche sich klinisch durch epileptische Anfälle, fokale neurologische Ausfälle und Kopfschmerzen äußern. Sie treten sowohl sporadisch als auch im Rahmen einer autosomal-dominant erblichen Form auf. Krankheitsassoziierte Varianten wurden in drei Genen beschrieben: CCM1, CCM2 und CCM3. Patienten mit pathogenen Varianten im CCM3-Gen fallen häufig durch einen schwereren Phänotyp und ein früheres Manifestationsalter auf. Der genaue Verlauf der molekularen CCM-Pathogenese ist jedoch bisher nicht ausreichend verstanden. In dieser Arbeit wurde deshalb die Entwicklung eines humanen in vitro Modells in den Fokus gestellt. Im Gegensatz zu bisher publizierten Studien, die auf einer transienten Herunterregulation von CCM3 beruhen, wurden hier die Folgen eines Langzeit-CCM3-Verlustes untersucht. Unter Verwendung der Komponenten des CRISPR/Cas9-Systems wurde ein Modell etabliert, welches die komplette Inaktivierung von CCM3 in kavernösen Endothelzellen von Trägern heterozygoter pathogener Keimbahnvarianten nachahmt.
In humanen Endothelzellen führte die CRISPR/Cas9-vermittelte CCM3-Inaktivierung zu veränderten endothelialen Eigenschaften, welche die Morphologie, die Apoptoseinduktion, die Stabilität kapillarähnlicher Strukturen sowie die Sphäroidorganisation umfassen. Zudem kam es zu einer vermehrten Aktin-Stressfaserbildung. Auf molekularer Ebene war eine veränderte Expression von Genen zu beobachten, deren Produkte eine Rolle in der Regulation von Zellverbindungen, der Zellmembran oder der extrazellulären Matrix spielen. Insbesondere das unter Basalbedingungen stark in Endothelzellen exprimierte Fibronektin war signifikant herunterreguliert. Die Zugabe exogenen Fibronektins konnte die Zellmorphologie, die Sphäroidorganisation und die kortikale Anordnung des Aktin-Zytoskelettes normalisieren. Da auch nach CRISPR/Cas9-induzierter Inaktivierung von CCM1 und CCM2 diese Effekte beobachtet werden konnten, deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass der Aufbau einer intakten fibronektinhaltigen endothelialen Matrix von der Funktionalität der CCM-Proteine abhängt. Künftige Studien werden die Modulation der gestörten endothelialen Apoptoseinduktion als neuen Ansatz zur Identifizierung medikamentöser Therapieoptionen adressieren.
Eine negative Energiebilanz über längere Zeit geht bei kritisch kranken Patienten mit einer erhöhten Komplikationsrate und einer verschlechterten Prognose einher. Durch eine fehlende Nutzung des Darms kommt es unter anderem zum Verlust der Darmintegrität, zu bakterieller Translokation und erhöhten Infektionsraten. Die Leitlinien empfehlen, eine enterale Ernährung im Falle von fehlenden Kontraindikationen innerhalb der ersten 24 Stunden nach Aufnahme des Patienten auf Intensivstation zu beginnen. Jedoch werden die Leitlinien, wie auch auf der internistischen Intensivstation der Universitätsmedizin Greifswald, trotz vorliegendem Ernährungsprotokoll, oft nur unzureichend vom ärztlichen Personal in die Praxis umgesetzt. Hieraus resultieren ein verzögerter Start der enteralen Ernährung und ein mangelhafter enteraler Kostaufbau. Es konnte für verschiedene Bereiche gezeigt werden, dass Pflegepersonal ärztlich delegierbare Aufgaben erfolgreich übernehmen kann. Die vorliegende Dissertation untersuchte durch eine Vorher-/Nachher-Analyse den Effekt der Delegierung der initialen enteralen Ernährungstherapie auf das Pflegepersonal. Es wurde nach ausführlicher Schulung und Modifikation des bestehenden Ernährungsprotokolls die Verantwortlichkeit für den Start und den nachfolgenden Kostaufbau auf die Schwestern und Pfleger übertragen.
Es wurde die Kontrollgruppe (101 Patienten) vor der Intervention verglichen mit der Interventionsgruppe (97 Patienten) nach der Intervention. Es konnte eine signifikante Verbesserung des Ernährungsstarts erreicht werden. Nach Durchführung der Intervention wurden Patienten innerhalb von 21 Stunden nach Aufnahme auf die Intensivstation enteral ernährt und es wurde bei nur einem Prozent der Patienten der Beginn der enteralen Ernährung versäumt. Zuvor wurden Patienten erst innerhalb der ersten 42 Stunden enteral ernährt und der Ernährungsstart wurde bei 27% der Patienten versäumt. Der plangemäße Kostaufbau wurde durch das Pflegepersonal nach Einführung der Intervention verbessert und es wurden signifikant mehr Kilokalorien verabreicht als vorher (kumulative durchschnittliche Kilokalorienmenge vorher 1298 ± 1542 und nachher 4002 ± 3240 Kilokalorien). Durch eine Befragung des Pflegepersonals konnte evaluiert werden, dass das enterale Ernährungsprotokoll im Stationsalltag eine anerkannte Richtlinie und Hilfe bei der Ernährungstherapie darstellt und es durch die neue zusätzliche Aufgabe zu keinem Mehraufwand auf Kosten anderer Pflegemaßnahmen kommt. Die Outcome-Parameter waren zwischen beiden Gruppen zumeist nicht signifikant unterschiedlich.
Zusammenfassend konnte durch die Delegierung der initialen enteralen Ernährung an das Pflegepersonal mittels eines Protokolls eine Qualitätsverbesserung der Ernährungstherapie auf der internistischen Intensivstation erreicht werden.
Hintergrund: Es wurde untersucht, ob die Streifenmeniskometrie zur Diagnostik eines trockenen Auges geeignet ist. Außerdem wurde geprüft, ob sich Hinweise auf eine Beeinflussung des Messverfahrens infolge von lidkantenparallelen Bindehautfalten (LIPCOF) bzw. einer Meibom-Drüsen-Dysfunktion (MDD) ergeben.
Material und Methodik: Die Stichprobe umfasst 391 Augen von 201 Probanden (85 männlich, 116 weiblich) zwischen 18 und 81 Jahren (Altersdurchschnitt 53,17 ± 16,52 Jahre). Es wurden drei Gruppen konzipiert. 54 Augen mit einer diagnostizierten Keratokonjunktivitis sicca (KCS) und 122 Augen mit einer nur mild ausgeprägten KCS wurden 225 gesunden Augen gegenübergestellt. Jedes Auge wurde mittels Streifenmeniskometrie, Schirmer-1-Test, Jones-Test, OCT-Meniskometrie (Tränenmeniskushöhe - TMH, Tränenmeniskusweite - TMW, Tränenmeniskusquerschnittsfläche - TMA) und dem Fragebogen Ocular Surface Disease Index (OSDI) untersucht. Außerdem wurden Hinweise auf eine MDD in Form von charakteristischen Lidkantenveränderungen und das Vorhandensein von LIPCOF mittels optischer Kohärenztomografie (OCT) erfasst.
Ergebnisse: Die Ergebnisse der Streifenmeniskometrie, des Schirmer-1-Tests, des Jones-Tests sowie der OCT-Meniskometrie (TMH, TMW und TMA) waren bei den KCS-Patienten im Vergleich zu den augengesunden Kontrollprobanden signifikant kleiner (p < ,001). Der OSDI-Score bei den KCS-Patienten war signifikant größer als in der Kontrollgruppe (p < ,001). Zwischen der Streifenmeniskometrie und dem Ausprägungsgrad der KCS besteht eine signifikante Korrelation (r = -,396, p < ,001). Die Sensitivität der Streifenmeniskometrie liegt in einem vertretbaren Bereich zwischen 0,79 und 0,89. Die Spezifität im Bereich zwischen 0,42 und 0,5 ist jedoch unbefriedigend. Die Streifenmeniskometrie korrelierte mit allen angewandten Untersuchungsverfahren signifikant (p < ,001) auf überwiegend mittlerer Stufe. Zur Diagnostik eines trockenen Auges bei einer bestehenden MDD ist die Streifenmeniskometrie ungeeignet. Hinweise auf eine Beeinflussung durch LIPCOF zeigten sich nur für die OCT-Meniskometrie.
Schlussfolgerung: Es konnte eine Korrelationsvalidität der Streifenmeniskometrie zum Schirmer-1-Test, Jones-Test, OSDI und zur OCT-Meniskometrie festgestellt werden. Die Vorteile des Verfahrens liegen im geringen technischen und zeitlichen Aufwand. Bei nur minimaler Bindehautreizung ist es eine sehr patientenfreundliche Untersuchungsmethode. Nachteilig ist die niedrige Spezifität aufgrund derer die Streifenmeniskometrie stets mit anderen Testverfahren kombiniert werden sollte.
Die Arthrose des Hüft- und auch des Kniegelenkes ist eine weltweit häufige Gelenkerkrankung. Die konservativen Maßnahmen wie Analgesie, Physiotherapie und Gewichtsreduktion können die Schmerzen nicht ausreichend lindern. Ultima Ratio ist der operative Gelenkersatz durch eine Totalendoprothese, der bei Patient*innen großes Angsterleben auslösen kann.
Ziel dieser randomisiert-kontrollierten Studie war, durch eine patient*innenzentrierte präoperative Kurzintervention Angst vor der Operation zu reduzieren. Es wurden 68 Patient*innen (35 Frauen, 33 Männer) der Klinik für Orthopädie vor einer Hüft- oder Knie-TEP-Operation eingeschlossen. Präoperativ wurde das subjektive Angstempfinden (NAS, STAI) und der Grad der Schmerzchronifizierung (MPSS) erfasst.
Die innovative Kurzintervention wurde so konzipiert, dass sie einmalig präoperativ anwendbar und durch die kurze Dauer von 20 Minuten in den Stationsalltag integrierbar war. Zur Stärkung der Selbstwirksamkeit der Patient*innen wurden die metakognitiven Konzepte Mentales Kontrastieren nach Oettingen und Implementierungsintentionen nach Gollwitzer kombiniert. Zusätzlich beinhaltete die Kurzintervention Psychoedukation zum Angst- und Schmerzempfinden sowie zur Bedeutung der frühen postoperativen Mobilisation. Diese Form der präoperativen Kurzintervention kam erstmalig bei orthopädischen Patient*innen zur Anwendung.
Unsere Daten zeigen, dass eine deutliche Reduktion des postoperativen subjektiven Schmerzempfindens in der Interventionsgruppe zu erreichen war. Die ANOVA mit Messwiederholung ergab einen Haupteffekt in der Anwendung der Intervention mit einem Trend zu einem statistisch signifikanten Unterschied (p=.051). Die Kurzintervention konnte durch ihre modernen Strategien zur Angstreduktion bei den orthopädischen Patient*innen das direkte postoperative Schmerzempfinden und somit den wichtigsten Risikofaktor für die Entstehung von chronischen postoperativen Schmerzen reduzieren. Die Variablen präoperatives Angstempfinden, Mobilisation und Analgetikaeinnahme an den ersten drei postoperativen Tagen waren nicht beeinflusst.
Mit dieser Kurzintervention wurde zu einem verbesserten Outcome der Patient*innen beigetragen. Es bedarf jedoch weiterer Forschungsarbeiten, um die auf das Gesundheitssystem zukommende große Anzahl von Patient*innen vor einer Hüft- und Knie-TEP-Operation angemessen zu versorgen.
Background: Mitochondrial dynamics are important for glucose-stimulated insulin secretion in pancreatic beta cells. The mitochondrial elongation factor MiD51 has been proposed to act as an anchor that recruits Drp1 from the cytosol to the outer mitochondrial membrane. Whether MiD51 promotes mitochondrial fusion by inactivation of Drp1 is a controversial issue. Since both the underlying mechanism and the effects on mitochondrial function remain unknown, this study was conducted to investigate the role of MiD51 in beta cells.
Methods: Overexpression and downregulation of MiD51 in mouse insulinoma 6 (MIN6) and mouse islet cells was achieved using the pcDNA expression vector and specific siRNA, respectively. Expression of genes regulating mitochondrial dynamics and autophagy was analyzed by quantitative Real-Time PCR, glucose-stimulated insulin secretion by ELISA, and cellular oxygen consumption rate by optode sensor technology. Mitochondrial membrane potential and morphology were visualized after TMRE and MitoTracker Green staining, respectively. Immunofluorescence analyses were examined by confocal microscopy.
Results: MiD51 is expressed in insulin-positive mouse and human pancreatic islet and MIN6 cells. Overexpression of MiD51 resulted in mitochondrial fragmentation and cluster formation in MIN6 cells. Mitochondrial membrane potential, glucose-induced oxygen consumption rate and glucose-stimulated insulin secretion were reduced in MIN6 cells with high MiD51 expression. LC3 expression remained unchanged. Downregulation of MiD51 resulted in inhomogeneity of the mitochondrial network in MIN6 cells with hyperelongated and fragmented mitochondria. Mitochondrial membrane potential, maximal and glucose-induced oxygen consumption rate and insulin secretion were diminished in MIN6 cells with low MiD51 expression. Furthermore, reduced Mfn2 and Parkin expression was observed. Based on MiD51 overexpression and downregulation, changes in the mitochondrial network structure similar to those in MIN6 cells were also observed in mouse islet cells.
Conclusion: We have demonstrated that MiD51 plays a pivotal role in regulating mitochondrial function and hence insulin secretion in MIN6 cells. We propose that this anchor protein of Drp1 is important to maintain a homogeneous mitochondrial network and to avoid morphologies such as hyperelongation and clustering which are inaccessible for degradation by autophagy. Assuming that insulin granule degradation frequently suppresses autophagy in beta cells, MiD51 could be a key element maintaining mitochondrial health.
Summary
This study aimed to establish a robust and reliable metaproteomics protocol for an in‐depth characterization of marine particle‐associated (PA) bacteria. To this end, we compared six well‐established protein extraction protocols together with different MS‐sample preparation techniques using particles sampled during a North Sea spring algae bloom in 2009. In the final optimized workflow, proteins are extracted using a combination of SDS‐containing lysis buffer and cell disruption by bead‐beating, separated by SDS‐PAGE, in‐gel digested and analysed by LC–MS/MS, before MASCOT search against a metagenome‐based database and data processing/visualization with the in‐house‐developed bioinformatics tools Prophane and Paver. As an application example, free‐living (FL) and particulate communities sampled in April 2009 were analysed, resulting in an as yet unprecedented number of 9354 and 5034 identified protein groups for FL and PA bacteria, respectively. Our data suggest that FL and PA communities appeared similar in their taxonomic distribution, with notable exceptions: eukaryotic proteins and proteins assigned to Flavobacteriia, Cyanobacteria, and some proteobacterial genera were found more abundant on particles, whilst overall proteins belonging to Proteobacteria were more dominant in the FL fraction. Furthermore, our data points to functional differences including proteins involved in polysaccharide degradation, sugar‐ and phosphorus uptake, adhesion, motility, and stress response.
Da schwere psychotische Erkrankungen wie Schizophrenie und Bipolare Störungen in vielen Fällen durch Rückfälle und unvollständige Remissionen gekennzeichnet sind, stellt die Lebensqualität ein wichtiges Outcome-Kriterium bei der Behandlung dieser Erkrankungen dar. Es konnte gezeigte werden, dass insbesondere psychosoziale Faktoren wie Resilienz und Soziale Unterstützung positive Effekte auf die subjektive Lebensqualität Betroffener haben. Dabei scheinen soziale Unterstützungssysteme über ihren direkten positiven Effekt auf die Lebensqualität hinaus auch wichtig zu sein für die Entwicklung und Aufrechterhaltung von individuellen Bewältigungsfähigkeiten der Patienten. Somit soll diese Arbeit nicht nur die jeweiligen Wechselwirkungen zwischen den genannten Variablen untersuchen, sondern insbesondere, inwieweit Soziale Unterstützung bei Patienten mit Schizophrenie und Bipolarer Störung den positiven Effekt von Resilienz auf Lebensqualität indirekt vermittelt.
Die in dieser Querschnittsanalyse verwendeten Daten resultierten aus einer Baseline-Befragung im Rahmen zweier klinischer Studien, die mithilfe von psychiatrischen Patienten aus Mecklenburg-Vorpommern durchgeführt wurden. Für die hier verwendete Erhebung wurden in klinischen Interviews folgende Messinstrumente verwendet: SKID, WHOQOL-BREF, RS-11, F-SozU K-14 und BPRS. Die Datenanalyse der Interviews von 87 Patienten beinhaltete deskriptive Statistik, Shapiro-Wilk-Test, Pearson-Korrelation, hierarchische lineare Regression und Mediationsanalyse.
Die Regressionsanalysen ergaben, dass sowohl Resilienz als auch Soziale Unterstützung einen positiven Effekt auf Lebensqualität haben, wobei der Effekt von Resilienz größer ist als der von Sozialer Unterstützung, und dass Soziale Unterstützung ebenfalls einen positiven Effekt auf Resilienz hat. Die Mediationsanalyse konnte zeigen, dass es sich bei Sozialer Unterstützung um einen partiellen Mediator für den Effekt von Resilienz auf Lebensqualität handelt.
Aus diesen Ergebnissen lässt sich schlussfolgern, dass Soziale Unterstützung für die Entwicklung von Resilienz und die Verbesserung der Lebensqualität bei der betrachteten Patientengruppe eine bedeutende Rolle spielt. Die Behandlung von Menschen mit psychotischen Erkrankungen sollte daher angemessene Maßnahmen anbieten um den Betroffenen zu helfen, effektive soziale Unterstützungssysteme für sich zu kultivieren und ihre Resilienz zu stärken, um somit ihre Lebensqualität zu verbessern.
Wir leben in einer älter werdenden Gesellschaft, in der die gesundheitlichen Herausforderungen u.a. durch zerebrovaskuläre Erkrankungen steigen. Ein Schlaganfall wird dank exzellenter Akutversorgung zwar oftmals überlebt, ein Großteil der Patienten hat jedoch starke Funktionseinbußen und benötigt rehabilitative Unterstützung, um eine persistierende Behinderung zu vermeiden. Oft ist für längere Zeit sowohl in der akuten als auch in der chronischen Phase nach Schlaganfall eine optimale Therapie unabdingbar, um dem Patienten das Wiedererlangen einer möglichst hohen Selbstständigkeit im Alltag zu ermöglichen.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird eine evidenzbasierte rehabilitative Behandlung der Armparese nach Schlaganfall durch eine systematische Suche und kritische Würdigung sowie Synthese der besten verfügbaren Evidenz aus klinischen Studien charakterisiert. Zu diesem Zweck wurden bei einer systematischen Literaturrecherche für den Zeitraum vom 12.2003 bis 11.2013 932 Referenzen in der Fachdatenbank PubMed identifiziert. Aus diesen wurden nach Ein- und Ausschlusskriterien 202 Studien für die Fragestellung relevante randomisierte kontrollierte Studien selektiert. Anschließend fand für jede RKS eine standardisierte Datenextraktion, kritische Würdigung der methodischen Studienqualität (Critical appraisal) sowie die Formulierung der ableitbaren klinischen Schlussfolgerungen statt. Daran anknüpfend erfolgte für einzelne Therapieverfahren (über alle RKS zu einem Thema hinweg) eine Ableitung von konkreten Empfehlungen für die klinische Praxis. Für die Bewertung der Qualität der Evidenz der eingeschlossenen Quellen und die Graduierung der Empfehlungsstärke wurden die Standards der Grading of Recommendations Assessment, Development and Evaluation (kurz GRADE) genutzt.
Die Evidenz belegt, dass eine ganze Reihe therapeutischer Verfahren die Erholung der Armfunktion nach Schlaganfall unterstützen kann. Eine Überlegenheit gegenüber anderen Verfahren wurde für nur wenige Therapien gezeigt, wie z.B. für die Constraint-induced movement therapy und das schädigungsorientierte Training in Form des Arm-Fähigkeits- und Arm-Basis-Trainings (Therapie ohne Geräte), die Arm-Robot-Therapie oder die Spiegeltherapie (Therapie mit Geräten). Abschließend erhält der Leser eine Art ‚Rezeptblock‘, anhand dessen eine mögliche und evidenzbasierte Therapie bzw. Therapiealternative direkt abgelesen werden kann und der die praktische Umsetzung der evidenzbasierten Empfehlungen fördern soll. Gegliedert wurde der ‚Rezeptblock‘ nach der Schwere der Armlähmung (leichte, mittlere und schwere Parese) und der Chronizität der Schlaganfallresiduen (akute, subakute, chronische Phase).
For an Organisation for Caries Research/European Federation of Conservative Dentistry consensus, this systematic review is aimed to assess the question of how to manage the caries process in the case of early childhood caries (ECC). Medline via PubMed was searched systematically regarding management of ECC. First priority was existing systematic reviews or randomized clinical trials otherwise cohort studies dealing with management of ECC, primarily with carious anterior teeth. After data extraction, the potential risk of bias was estimated depending on the study types, and the level of evidence was evaluated. Regarding management of ECC, results are presented for silver diamine fluoride (SDF, n = 5), nonoperative caries management (NOCM, n = 10), and restorative approaches (RA, n = 8) separately, as different kinds of studies with different levels of evidence were found for the different aspects in the management of ECC. The 5 systematic reviews on SDF showed a high potential for arrest of ECC on a high level of evidence. In NOCM, a low level of evidence for a moderate effect of fluoride varnish in arresting or remineralizing, especially non-cavitated lesions, was assessed. For RA in carious anterior upper primary teeth, a low level of evidence was found for higher failure rates of glass ionomer cement and composite fillings than composite strip crowns even if placed under general anaesthesia and especially compared to other crowns (stainless steel and zirconia). In conclusions, ECC may be managed successfully with nonoperative (SDF, regular fluoride application) and moderately well with operative approaches, but the decision is affected by many other variables such as pulpal involvement, the child’s cooperation, or a general anaesthesia setting.