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Trotz aller Fortschritte der modernen Medizin ist die Letalität der Sepsis nahezu unverändert hoch. Immer noch handelt es sich um die häufigste Todesursache bei Patienten auf operativen Intensivstationen. Als ein kardinaler Mechanismus für die Entwicklung des Multiorganversagens gilt die Störung der intestinalen Mikrozirkulation. In dieser Arbeit konnten wir zeigen, dass GLN zu einer signifikanten Verbesserung der intestinalen Mikrozirkulation unter experimenteller Endotoxinämie führt. So konnten wir eine signifikante Verbesserung der funktionellen Kapillardichte (FCD) im Stratum circulare und Stratum longitudinale der Tunica muscularis sowie in der Tunica mucosa durch GLN nachweisen. Außerdem konnten wir zeigen, dass GLN eine Verminderung der Leukozyten-Endothelzell-Interaktion bewirkt. Die Zahl der permanent adhärenten Leukozyten war in den mit GLN behandelten Gruppen deutlich geringer als in der LPS-Gruppe. Einen Einfluss auf die Plasmaspiegel des Tumor Nekrose Faktors α (TNFα) und der Interleukine-1β, -6, -10 fanden wir nicht. Im Bereich der Makrozirkulation war unter GLN-Therapie eine signifikant geringere Herzfrequenz zu messen, als in der LPS-Gruppe. Die Differenzen im Bereich des mittleren arteriellen Druckes waren statistisch nicht signifikant. Darüber hinaus haben wir nachgewiesen, dass GLN der Entstehung einer Hyperthermie deutlich entgegenwirkt. Die Temperaturen der Tiere in den mit GLN behandelten Gruppen unterschieden sich kaum von den Kontrolltieren, aber signifikant von denen der LPS-Gruppe. Auch die Laktatspiegel und die Hypokapnie waren in den Glutamin Gruppen deutlich geringer ausgeprägt als in der LPS-Gruppe. Dahingegen konnten wir im Bereich des pH-Wertes, der Bikarbonatkonzentration und des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes keine signifikanten Unterschiede ermitteln. Die hier geschilderten positiven Effekte des Glutamins waren sowohl im pre-, als auch im post-treatment Teil des Versuchs zu finden. Die hier gewonnenen Daten entstammen einem Tiermodell. Daher ist eine direkte Übertragung der Befunde auf den Menschen nicht gerechtfertigt. Aufgrund der entscheidenden Rolle, die das Intestinum in der Pathogenese der Sepsis spielt, können diese Ergebnisse allerdings von klinischer Bedeutung sein und es sollten sich klinische Studien mit GLN anschließen.
Die linksventrikuläre Herzhypertrophie ist ein zentraler Vorhersageparameter für das Auftreten kardiovaskulärer Ereignisse. Durch eine permanent gesteigerte Belastung des Herzens kommt es dabei auf zellulärer Ebene zu Umbauprozessen, die mit einer Hypertrophie der einzelnen Kardiomyozyten einhergehen. An der prohypertrophen Signaltransduktion sind zahlreiche Signalwege beteiligt, deren jeweilige Bedeutung und Interaktion untereinander noch nicht ausreichend untersucht ist. Seit einiger Zeit ist bekannt, dass auch das Wnt-Signalling im adulten Herzen bei Schädigung reaktiviert werden kann. Auch wenn die Beteiligung vieler Mediatoren des Wnt-Signallings für die Hypertrophieentstehung bereits gezeigt werden konnte, ist es aufgrund der Interaktionen der verschiedenen Signalwege notwendig, den Effekt der Wnt-Proteine auf die Kardiomyozyten direkt nachzuweisen. Da sowohl eigene Voruntersuchungen als auch viele In-vivo-Studien an Mäusen des Stammes C57/BL6 durchgeführt wurden, sollten in dieser Arbeit die Wirkungen verschiedener Wnt-Proteine hinsichtlich Hypertrophie und Zellsignalling auf isolierte murine neonatale Kardiomyozyten untersucht werden. Dazu wurden zunächst der Isolationsprozess dieser Primärzellen etabliert und optimale Kultur- und Stimulationsprotokolle bestimmt. Anschließend wurde das Ausmaß der zellulären Hypertrophie immunfluoreszenzmikroskopisch mittels myozytenspezifischer Anfärbung von α-Actinin untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine Isolation und Kultivierung der neonatalen Kardiomyozyten im Gewebeverband über eine längere Versuchsdauer von bis zu sieben Tagen möglich ist. Die Zellen waren reproduzierbar vital und wiesen stabil kontraktile Eigenschaften auf. Zusätzlich wurde nachgewiesen, dass diese Zellen bei Stimulation mit dem Wnt-Protein Wnt3A im Mangelmedium Panserin mit einer konzentrationsabhängigen Hypertrophie antworten, die dem bekannten prohypertrophen Stimulus Endothelin-1 sogar überlegen ist.
Ein zweiter Teil der Arbeit beschäftigte sich mit spezifischen Signalwegen, die von verschiedenen Wnt-Proteinen angesprochen werden können. Dabei wurden sowohl Veränderungen von Kinaseaktivitäten wie der AKT und der GSK-3β als auch Proteinakkumulationen wie die von β-Catenin untersucht. Auch Kerntranslokationen der Transkriptionsfaktoren β-Catenin und NFAT c1 – c4 wurden überprüft. Leider konnten an den neonatalen Mauskardiomyozyten keine Wnt-induzierten Veränderungen von Enzymaktivitäten bzw. veränderte Lokalisierungen einzelner Transkriptionsfaktoren nachgewiesen werden. Einzig ein detektierbarer Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentrationen, der aber gegenüber unstimulierten Zellen keine Signifikanz erreichte, könnte auf eine mögliche Beteiligung des Wnt/Ca2+-Weges hindeuten.
KV7 channel openers have proven their therapeutic value in the treatment of pain as well as epilepsy and, moreover, they hold the potential to expand into additional indications with unmet medical needs. However, the clinically validated but meanwhile discontinued KV7 channel openers flupirtine and retigabine bear an oxidation‐sensitive triaminoraryl scaffold, which is suspected of causing adverse drug reactions via the formation of quinoid oxidation products. Here, we report the design and synthesis of nicotinamide analogs and related compounds that remediate the liability in the chemical structure of flupirtine and retigabine. Optimization of a nicotinamide lead structure yielded analogs with excellent KV7.2/3 opening activity, as evidenced by EC50 values approaching the single‐digit nanomolar range. On the other hand, weighted KV7.2/3 opening activity data including inactive compounds allowed for the establishment of structure–activity relationships and a plausible binding mode hypothesis verified by docking and molecular dynamics simulations.
Abstract
The KV7 potassium channel openers flupirtine and retigabine have been valuable options in the therapy of pain and epilepsy. However, as a result of adverse reactions, both drugs are currently no longer in therapeutic use. The flupirtine‐induced liver injury and the retigabine linked tissue discolouration do not appear related at first glance; nevertheless, both events can be attributed to the triaminoaryl scaffold, which is affected by oxidation leading to elusive reactive quinone diimine or azaquinone diimine metabolites. Since the mechanism of action, i. e. KV7 channel opening, seems not to be involved in toxicity, this study aimed to further develop safer replacements for flupirtine and retigabine. In a ligand‐based design strategy, replacing amino substituents of the triaminoaryl core with alkyl substituents led to carba analogues with improved oxidation resistance and negligible risk of quinoid metabolite formation. In addition to these improved safety features, some of the novel analogues exhibited significantly improved KV7.2/3 channel opening activity, indicated by an up to 13‐fold increase in potency and an efficacy of up to 176 % compared to flupirtine, thus being attractive candidates for further development.
The potassium channel opening drugs flupirtine and retigabine have been withdrawn from the market due to occasional drug-induced liver injury (DILI) and tissue discoloration, respectively. While the mechanism underlying DILI after prolonged flupirtine use is not entirely understood, evidence indicates that both drugs are metabolized in an initial step to reactive ortho- and/or para-azaquinone diimines or ortho- and/or para-quinone diimines, respectively. Aiming to develop safer alternatives for the treatment of pain and epilepsy, we have attempted to separate activity from toxicity by employing a drug design strategy of avoiding the detrimental oxidation of the central aromatic ring by shifting oxidation toward the formation of benign metabolites. In the present investigation, an alternative retrometabolic design strategy was followed. The nitrogen atom, which could be involved in the formation of both ortho- or para-quinone diimines of the lead structures, was shifted away from the central ring, yielding a substitution pattern with nitrogen substituents in the meta position only. Evaluation of KV7.2/3 opening activity of the 11 new specially designed derivatives revealed surprisingly steep structure–activity relationship data with inactive compounds and an activity cliff that led to the identification of an apparent “magic methyl” effect in the case of N-(4-fluorobenzyl)-6-[(4-fluorobenzyl)amino]-2-methoxy-4-methylnicotinamide. This flupirtine analogue showed potent KV7.2/3 opening activity, being six times as active as flupirtine itself, and by design is devoid of the potential for azaquinone diimine formation.
Die Kv7-Kaliumkanalöffner Flupirtin und Retigabin waren wertvolle Alternativen bei der Pharmakotherapie von Schmerzen und Epilepsie. Beide Wirkstoffe werden aufgrund von unerwünschten Arzneimittelwirkungen derzeit jedoch nicht mehr eingesetzt. Die Flupirtin-induzierte Hepatotoxizität und die durch Retigabin hervorgerufenen Gewebeverfärbungen scheinen dabei auf den ersten Blick nicht zusammenzuhängen. Gleichwohl lassen sich wahrscheinlich beide Nebenwirkungen auf das gemeinsame oxidationsempfindliche Triaminoaryl-Grundgerüst zurückführen, welches zur Bildung von reaktiven Chinondiimin-Metaboliten neigt. Da hingegen der Wirkungsmechanismus, d. h. die Öffnung der Kv7-Kanäle, nicht an der Toxizität beteiligt zu sein scheint, hatte diese Arbeit zum Ziel, sicherere Alternativen für Flupirtin und Retigabin zu entwickeln. In einem Liganden-basierten Ansatz wurde eine Umgestaltung des Triaminoaryl-Kerns, den beide Wirkstoffe gemeinsam haben, vorgenommen, was zu Carba-Analoga führte, die durch eine erhöhte Oxidationsbeständigkeit sowie ein vernachlässigbares Risiko für die Bildung von chinoiden Metaboliten charakterisiert sind. Zusätzlich zu diesen verbesserten Sicherheitsmerkmalen offenbarten einige der neuartigen Derivate eine überlegene Kv7.2/3-Kanalöffnungsaktivität. Im Vergleich zu Flupirtin konnte die Potenz der Verbindungen um den Faktor 150 gesteigert werden, während die intrinsische Aktivität auf bis zu 176 % verbessert werden konnte, was die betreffenden Carba-Analoga zu vielversprechenden Kandidaten für eine weitergehende Entwicklung macht. Andererseits ermöglichten einige inaktive Verbindungen sowie die insgesamt deutlich abgestuften Kv7.2/3-Aktivitätsdaten die Etablierung von validen Struktur-Wirkungs-Beziehungen und Hypothesen zum Bindungsmodus, die mit Dockingergebnissen und Molekulardynamik-Simulationen korrelierten.
Optomechanical (om) systems are characterized by their nonlinear light-matter interaction. This is responsible for unique dynamic properties and allows the detection of a variety of classical and quantum mechanical phenomena on a microscopic as well as on a macroscopic scale. In this work we have studied the dynamic behavior of two laser-driven om systems, the single om cell ("cavity optomechanics / membrane-in-the-middle setup") and a two-dimensional hexagonal array of these cells ("om graphene"). The first case was motivated by the possibility to detect the transition from quantum mechanics to classical mechanics directly on the basis of the dynamic behavior. For this we focus on multistability effects of the optical and mechanical degrees of freedom, that are modeled by harmonic oscillators. Our description is based on the quantum optical master equation, which takes into account the environmental interaction assuming a vanishing temperature. As a consequence of decoherence, the dynamics occur near the semiclassical limit, i.e. it is characterized by quantum fluctuations. The quantum-to-classical transition is realized formally by rescaling the equations of motion. In the classical limit, quantum fluctuations disappear and the mean field equations were evaluated by analytical and numerical methods. We found that classical multistability is characterized by stationary signatures on the route to chaos, as well as by the coexistence of single-periodic orbits for the mechanical degree of freedom. The latter point was extensively evaluated by means of a self-consistent approach. For the dynamics in the quantum regime quantum fluctuations cannot be neglected. For this purpose, the master equation was solved by means of a numerical implementation of the Quantum State Diffusion (QSD) method. Based on Wigner and autocorrelation functions, we were able to show that quantum multistability is a dynamic effect: chaotic dynamics is suppressed and there is a time-dependent distribution of the phase space volume on classical simple-periodic orbits. The results can be interpreted within a semiclassical picture, which makes use of the single QSD quantum trajectory. Accordingly, the quantum-classical transition is explained as a time-scale effect, which is determined by tunneling probabilities in an effective mean-field potential. The subject of the second part of the work is the transport of low-energy Dirac quasiparticles in om graphene, propagating as light and sound waves. For this purpose, we investigated the scattering of a plane light wave by laser-induced photon-phonon coupling planar and circular barriers. The starting point is the om Dirac equation, which results from the continuum approximation of the Hamiltonian description of the two-dimensional array near the semiclassical limit. This work was motivated by the rich and interesting relativistic transport and tunneling phenomena found for electrons in graphene, which now appear in a new way. The reason is the presence of the new spin degree of freedom, which distinguishes the optical and mechanical excitations. In this spin space, the om interaction can be understood as a potential, which in our analysis consists of a time-independent and a time-dependent sinusoidal part. For the first case of a static barrier, the transport is elastic and is characterized by stationary scattering signatures. After solving the scattering problem via continuity conditions we were able to identify different scattering regimes depending on scattering parameters. In addition to relativistic phenomena such as Klein tunneling, simple parameter variation allows to use the barrier as a resonant light-sound interconverter and angle-dependent emitter. For the oscillating barrier, the transport is inelastic and is characterized by dynamic scattering signatures. To solve the time-periodic scattering problem, we have applied the Floquet theory for an effective two-level system. As a result of the barrier oscillation, photons and phonons can get and give away energy portions in the form of integer multiples of the oscillation frequency. The interference of short (classical) and long-wave (quantum) components leads to mixing of the scattering regimes. This allows to use the barrier as a time-periodic light-sound interconverter with interesting radiation characteristics. In addition, we have argued that the oscillating barrier provides the necessary energetic conditions for detecting zitterbewegung.
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.
The transcription factor EB (TFEB) promotes protein degradation by the autophagy and lysosomal pathway (ALP) and overexpression of TFEB was suggested for the treatment of ALP-related diseases that often affect the heart. However, TFEB-mediated ALP induction may perturb cardiac stress response. We used adeno-associated viral vectors type 9 (AAV9) to overexpress TFEB (AAV9-Tfeb) or Luciferase-control (AAV9-Luc) in cardiomyocytes of 12-week-old male mice. Mice were subjected to transverse aortic constriction (TAC, 27G; AAV9-Luc: n = 9; AAV9-Tfeb: n = 14) or sham (AAV9-Luc: n = 9; AAV9-Tfeb: n = 9) surgery for 28 days. Heart morphology, echocardiography, gene expression, and protein levels were monitored. AAV9-Tfeb had no effect on cardiac structure and function in sham animals. TAC resulted in compensated left ventricular hypertrophy in AAV9-Luc mice. AAV9-Tfeb TAC mice showed a reduced LV ejection fraction and increased left ventricular diameters. Morphological, histological, and real-time PCR analyses showed increased heart weights, exaggerated fibrosis, and higher expression of stress markers and remodeling genes in AAV9-Tfeb TAC compared to AAV9-Luc TAC. RNA-sequencing, real-time PCR and Western Blot revealed a stronger ALP activation in the hearts of AAV9-Tfeb TAC mice. Cardiomyocyte-specific TFEB-overexpression promoted ALP gene expression during TAC, which was associated with heart failure. Treatment of ALP-related diseases by overexpression of TFEB warrants careful consideration.
Die Immunadsorption stellt eine zusätzliche Therapieform zur Stabilisierung und Verbesserung der Herzfunktion bei einem Teil der Patienten mit Dilatativer Kardiomyopathie dar. Die Untersuchungen der Mechanismen für die möglichen Veränderungen der Hämodynamik unter der Immunadsorption in Bezug auf die dabei eliminierten Antikörper ist Thema dieser Arbeit, die sich dabei eines in vitro-Screenings der Antikörper bediente, das teilweise der Immunadsorption nachempfunden wurde.Von 29 Patienten mit DCM wurde vor der Immunadsorption Plasma gewonnen, um damit eine in-vitro-Adsorption, die der Immunadsorption gleichkommt, durchzuführen. Die dabei gewonnen in vitro-Eluate (IgG-Konzentration: 300 mg/l) wurden mittels Fluoreszenzmikroskop auf die Beeinflussung der intrazellulären Kalziumkonzentration und der Kontraktilität untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die in-vitro-Eluate von 19 Patienten dieser Studie (kardiodepressive Gruppe) den Kalziumtransienten und die Kontraktilität von isolierten, feldstimulierten Rattenkardiomyozyten reduzierten, während der andere Teil der DCM-Patienten-in-vitro-Eluate (10) keine oder kaum Effekte aufwiesen(nicht-depressive Gruppe). Daraufhin wurde bei allen Patienten eine Immunadsorptionstherapie durchgeführt mit dem Ergebnis, dass die im Fluoreszenzmikroskop beobachteten Effekte der Antikörper in enger Beziehung zu den hämodynamischen Veränderungen bei der Immunadsorption standen, d. h. die Patienten, die durch die Beeinträchtigung der isolierten Rattenkardiomyozyten durch ihre in-vitro-Eluate zur kardiodepressiven Gruppe geordnet wurden, profitierten vom Entzug dieser durch die Immunadsorption, während die Patienten der nicht depressiven Gruppe kaum Verbesserung in der Hämodynamik erfuhren. So kann vermutet werden, dass die kardiodepressiven Antikörper an der Funktionseinschränkung des Herzmuskels bei einem Teil der Patienten mit DCM beteiligt sind, während sie bei anderen Patienten mit DCM nicht auf diese Weise wirken bzw. ihre Elimination keine Vorteile bringt. Daraufhin folgende Untersuchungen, die die Funktionswege dieser Autoantikörper an den Myozyten weiter definieren bzw. eingrenzen sollten z.B. über den muscarinergen Rezeptor, über das ADP/ATP-Translokatorprotein oder die SR-Ca2+-ATPase konnten keine eindeutige Zuordnung erbringen, deshalb sind weitere Untersuchungen erforderlich, die die Funktionsweise bzw. die Rezeptorstrukturen der Antikörper klären, die zu der Beeinträchtigung der Funktion der Kardiomyozyten führen.
The focus of the first two articles was the engineering and application of enzymes for the conversion of the bio-based resources glycerol and its oxidation product glyceraldehyde for the production of the value added product glyceric acid. Article III focuses on the cloning, exploration and engineering of a polyol dehydrogenase, which later on was used as cofactor recycling system in order to produce ε-caprolactone from cyclohexanol as presented in arti-cle IV. The following paragraphs will give a short outline of each article. ARTICLE I: ASYMMETRIC SYNTHESIS OF D-GLYCERIC ACID BY AN ALDITOL OXIDASE AND DIRECTED EVOLUTION FOR ENHANCED OXIDATIVE ACTIVITY TOWARDS GLYCEROL. GERSTENBRUCH, S., WULF, H., MUßMANN, N., O’CONNELL, T., MAURER, K.-H. & BORNSCHEUER, U. T. (2012). Appl. Microbiol. Biotechnol. 96, 1243-1252. The alditol oxidase of Streptomyces coelicolor A3(2) (AldO) was used to catalyze the oxida-tion of glycerol to glyceraldehyde and glyceric acid. The enantioselectivity for the FAD-de-pendent glycerol oxidation was elucidated and different strategies were used to enhance the substrate specificity towards glycerol. Directed evolution by error-prone PCR led to an AldO double mutant with 1.5-fold improved activity for glycerol. Further improvement of activity was achieved by combination of mutations, leading to a quadruple mutant with 2.4-fold higher specific activity towards glycerol compared to the wild-type enzyme. In small-scale biotransformation concentrations up to 2.0 g•l-1 D-glyceric acid could be reached using whole cells. Investi¬gation of the effects of the introduced mutations led to a further identification of es¬sential amino acids with respect to enzyme functionality and structural stability. ARTICLE II: KINETIC RESOLUTION OF GLYCERALDEHYDE USING AN ALDEHYDE DEHYDROGENASE FROM DEINOCOCCUS GEOTHERMALIS DSM 11300 COMBINED WITH ELECTROCHEMICAL COFACTOR RECYCLING. WULF, H., PERZBORN, M., SIEVERS, G., SCHOLZ, F. & BORNSCHEUER, U. T. (2012). J. Mol. Catal. B Enzym. 74, 144-150. Two aldehyde dehydrogenases (ALDH) from Escherichia coli BL21 and Deinococcus geother-malis were cloned, characterized and evaluated according to their applicability for a bio-catalysis setup with electrolytic cofactor recycling. Both ALDHs turned out to have a sim¬ilar substrate scope and favor short to medium chain aldehydes and both oxidize glyceralde¬hyde to D-glyceric acid. The ALDH variant of D. geothermalis shows higher specific activity towards glyceraldehyde and has an elevated optimum temperature compared to the BL21 enzyme. Due to the higher specific activity of the ALDH of D. geothermalis, this enzyme was used to conduct a kinetic resolution of glyceraldehyde with electrolytic NAD+ recycling at a glassy carbon foam electrode with ABTS as redox mediator yielding in 1.8 g•l-1 glyceric acid. ARTICLE III: PROTEIN ENGINEERING OF A THERMOSTABLE POLYOL DEHYDROGENASE. WULF, H.*, MALLIN, H.*, BORNSCHEUER U.T. (2012). Enzyme Microb. Technol. 51, 217-224 (*equally contributed). The new enzyme polyol dehydrogenase PDH-11300 from D. geothermalis was extensively characterized regarding its temperature optimum and thermostability. A peptide stretch responsible for substrate recognition from the PDH-11300 was substituted by this particular stretch of a homolog enzyme, the galactitol dehydrogenase from Rhodobacter sphaeroides (PDH-158), resulting in a chimeric enzyme (PDH-loop). The substrate scopes were deter-mined and basically the chimeric enzyme represented the average of both wild-type en-zymes. A rather unexpected finding was the notably increased T5060, by 7°C to 55.3°C, and an increased specific activity against cyclohexanol. Finally, the cofactor specificity was suc¬cess-fully altered from NADH to NADPH by an Asp55Asn mutation, which is located at the NAD+ binding cleft, without influencing the catalytic properties of the dehydrogenase. ARTICLE IV: A SELF-SUFFICIENT BAEYER-VILLIGER BIOCATALYSIS SYSTEM FOR THE SYNTHESIS OF Ɛ-CAPROLACTONE FROM CYCLOHEXANOL. MALLIN, H. *, WULF, H. *, BORNSCHEUER U.T. (2013). Enzyme Microb. Technol., online, DOI: 10.1016/j.enzmictec.2013.01.007 (*equally contributed). The application of the engineered PDH-loopN mutant [1] (Article III) for the production of ε-caprolactone from cyclohexanol was investigated in a co-immobilization approach with the cyclohexanone monooxygenase from Acinetobacter calcoaceticus. Biotransformation with solubilized enzymes led to an isolated yield of 55% pure ε-caprolactone with no residual cy-clohexanol to be detected. During the immobilization experiments a higher enzyme ratio in favor of the CHMO led to higher reaction velocities. Similarly, the addition of soluble fresh CHMO during reuse of co-immobilization batches significantly increased the activity identi-fying the CHMO as the bottleneck in this reaction setup.
Die zweite Leichenschau vor der Feuerbestattung dient im Wesentlichen der Erkennung von nichtnatürlichen Todesfällen, die im Rahmen der ersten Leichenschau nicht als solche erkannt wurden. Immer wieder fallen dabei punktförmige Einblutungen im Gesichtsbereich, insbesondere in die Lid- und Lidbindehäute auf. Neben krankhaften und lagebedingten Ursachen können diese Einblutungen der einzige äußerlich erkennbare Hinweis auf eine stattgehabte Halskompression sein. Bei Feststellung derartiger Einblutungen im Rahmen der zweiten Leichenschau wird der Sterbefall „angehalten“ und bei der Kriminalpolizei angezeigt. Für einen 12-Jahres-Zeitraum (2010–2021) wurden retrospektiv alle angehaltenen Sterbefälle mit festgestellten Petechien analysiert. In diesem Zeitraum wurden in den Krematorien, für die das Institut für Rechtsmedizin Greifswald verantwortlich ist, insgesamt 2822 Sterbefälle angehalten. In 282 Fällen erfolgte diese Anhaltung aufgrund petechialer Einblutungen im Gesichtsbereich. Durch die zuständige Staatsanwaltschaft wurde in 47 % dieser Fälle eine gerichtliche Obduktion angeordnet. Im Beobachtungszeitraum fanden sich 2 Tötungsdelikte, die erst durch die zweite Leichenschau vor der Feuerbestattung im Krematorium festgestellt wurden. Die Untersuchung zeigt, dass petechiale Einblutungen als Anhaltspunkt für einen nichtnatürlichen Tod nicht ausreichend bei Leichenschauärzten bekannt sind.
Menschen mit Demenz (MmD) sind oft multimorbid und haben komplexe Pharmakotherapie, die mit einer zunehmenden Anzahl von arzneimittelbezogenen Problemen (ABP) einhergeht. Dies kann zu einer Verringerung der Lebensqualität und zu erhöhten Krankenhausaufenthaltsraten für MmD sowie zu hohen Kosten für das Gesundheitssystem führen. Daher ist es wichtig, die Prävention von ABP bei der Planung von Versorgungsprogrammen für MmD zu berücksichtigen. Frühere Studien zur Arzneimitteltherapiesicherheit konzentrierten sich hauptsächlich auf institutionalisierte MmD. Über die Situation in der ambulanter Versorgung ist wenig bekannt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Folgendes zu bestimmen: (a) Häufigkeit und Art der Behandlung mit Antidementiva und damit assoziierte soziodemografische und klinische Prädiktoren (b) Prävalenz von potenziell inadäquater Medikation (PIM) gemäß der Priscus-Liste und damit verbundene soziodemographische und klinische Prädiktoren (c) Häufigkeit und Art der ABP und damit verbundene soziodemografische und klinische Prädiktoren bei MmD in primärärztlicher Versorgung, die positiv auf Demenz gescreent wurden. Die Analysen basieren auf den Daten der DelpHi-MV-Studie, einer clusterrandomisierten, kontrollierten Interventionsstudie zur Evaluation eines innovativen Konzepts des Dementia Care Managements (DCM) in Deutschland. Die Daten von N = 448 Studienteilnehmern (≥70 Jahre, zu Hause lebend), die positiv auf Demenz (DemTect <9) getestet wurden, wurden in die Analyse einbezogen. Für jeden Studienteilnehmer wurde eine Medikationsanalyse auf der Grundlage der häuslichen Medikationsanamnese durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass 30% der MmD Antidementiva erhielten, von denen 63% hatten bereits eine formale Demenzdiagnose. In der Untergruppe der Studienteilnehmer mit einer formalen Demenzdiagnose erhielten 46% die Antidementiva. Die Verschreibung von Antidementiva war signifikant mit dem Schweregrad der kognitiven Beeinträchtigung und einer formalen Demenzdiagnose assoziiert. 38% der Studienteilnehmer ohne Demenzdiagnose erhalten Antidementiva. 22% der Studienteilnehmer erhielten mindestens ein PIM gemäß der Priscus-Liste. Die kognitive Beeinträchtigung war nicht mit der Verwendung von PIM assoziiert. Die Verschreibung eines PIM war signifikant mit der Gesamtzahl der eingenommenen Medikamente sowie mit der Diagnose von psychischen und Verhaltenssymptomen assoziiert. Polypharmazie, definiert als die dauerhafte Anwendung von fünf oder mehr Medikamenten, wurde bei 67% der Studienteilnehmer identifiziert, 93% hatten mindestens ein ABP, das von einem Apotheker oder einer Krankenschwester während eines Hausbesuchs entdeckt wurde. Insgesamt wurden 1077 ABP registriert. Probleme im Zusammenhang mit Anwendung und Compliance waren die häufigste Gruppe von ABP, gefolgt von Problemen mit Arzneimittelwechselwirkungen, Problemen mit unangemessener Arzneimittelwahl, Problemen mit der Dosierung und Problemen mit unerwünschten Arzneimittelereignissen. Die kognitive Beeinträchtigung war nicht mit der Gesamtzahl der ABP assoziiert. Die Gesamtzahl der eingenommenen Medikamente und das Vorhandensein einer Diagnose von psychischen und Verhaltenssymptomen waren mit der Gesamtzahl der ABP assoziiert.
Die Dissertation gibt einen Überblick über die Gesamtmedikation und ABP von MmD in der Primärversorgung. Unter anderem wurden die Probleme der Behandlung mit Antidementiva und der Einnahme von PIM diskutiert. Die These legt nahe, dass das Medikationsanalyse auf der Grundlage der häuslichen Medikationsanamnese für MmD wichtig ist, da eine solche Überprüfung die Verfügbarkeit umfassender Informationen über die Gesamtmedikation, Ernährungsfaktoren und die tatsächliche Anwendung von Medikamenten gewährleistet. Die Dissertation bietet somit eine Basis für die Verbesserung der Arzneimitteltherapiesicherheit und die Entwicklung innovativer Versorgungskonzepte für MmD. Die hohe Prävalenz von ABP in dieser Population unterstreicht die Wichtigkeit der Einbeziehung eines Medikationsmanagements in die Versorgungsprogramme für MmD. Identifizierte Risikofaktoren für ABP können dazu beitragen, das Medikationsmanagement für die Patientengruppen anzubieten, die das höchste Risiko aufweisen.
Fast screening of enzyme variants is crucial for tailoring biocatalysts for the asymmetric synthesis of non-natural chiral chemicals, such as amines. However, most existing screening methods either are limited by the throughput or require specialized equipment. Herein, we report a simple, high-throughput, low-equipment dependent, and generally applicable growth selection system for engineering amine-forming or converting enzymes and apply it to improve biocatalysts belonging to three different enzyme classes. This results in (i) an amine transaminase variant with 110-fold increased specific activity for the asymmetric synthesis of the chiral amine intermediate of Linagliptin; (ii) a 270-fold improved monoamine oxidase to prepare the chiral amine intermediate of Cinacalcet by deracemization; and (iii) an ammonia lyase variant with a 26-fold increased activity in the asymmetric synthesis of a non-natural amino acid. Our growth selection system is adaptable to different enzyme classes, varying levels of enzyme activities, and thus a flexible tool for various stages of an engineering campaign.
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.
Body-size variability results from a variety of extrinsic and intrinsic factors (environmental and biological influences) underpinned by phylogeny. In ostracodes it is assumed that body size is predominantly controlled by ecological conditions, but investigations have mostly focused on local or regional study areas. In this study, we investigate the geographical size variability (length, height, and width) of Holocene and Recent valves of the salinity-tolerant ostracode species Cyprideis torosa within a large geographical area (31°–51° latitude, and 12°–96° longitude). It is shown that distant local size clusters of Cyprideis torosa are framed within two large-scale geographical patterns. One pattern describes the separation of two different size classes (i.e., morphotypes) at around ∼42° N. The co-occurrence of both size morphotypes in the same habitats excludes an environmental control on the distribution of the morphotypes but rather could point to the existence of two differentiated lineages. Generally, correlations between valve size and environmental parameters (salinity, geographical positions) strongly depend on the taxonomic resolution. While latitude explains the overall size variability of C. torosa sensu lato (i.e., undifferentiated for morphotypes), salinity-size correlations are restricted to the morphotype scale. Another large-scale pattern represents a continuous increase in valve size of C. torosa with latitude according to the macroecological pattern referred as Bergmann trend. Existing explanations for Bergmann trends insufficiently clarify the size cline of C. torosa which might be because these models are restricted to intraspecific levels. The observed size-latitude relationship of C. torosa may, therefore, result from interspecific divergence (i.e., size ordered spatially may result from interspecific divergence sorting) while environmental influence is of minor importance. Our results imply that geographical body-size patterns of ostracodes are not straightforward and are probably not caused by universal mechanisms. Consideration of phylogenetic relationships of ostracodes is therefore necessary before attempting to identify the role of environmental controls on body size variability.
Calcitic valves of non-marine ostracodes are important geochemical archives. Investigations of the relationship between the ranges of oxygen and carbon isotope values of modern ostracode populations and their host water provide important information on local or regional conditions and influences. Here we present the first δ18Oostracode and δ13C of the freshwater ostracode species Cytheridella ilosvayi along with the isotopic composition of the waters in which the ostracodes calcified, δDwater, δ18Owater, δ13CDIC values—covering a large geographical range (Florida to Brazil). With this data we extended a newly developed approach based on the estimation of δ18O values of monthly equilibrium calcites as references for the interpretation of δ18Oostracode values. The expected apparent oxygen isotope fractionation between CaCO3 and H2O is correlated with temperature with smaller values occurring at higher temperatures as valid at isotope equilibrium (δ18Ocalcite_eq). Uncertainties about the expected equilibrium calcites derive from incomplete knowledge of high-frequency variations of the water bodies caused by interplay of mixing, evaporation, and temperature. Coincidence between δ18Oostracode and δ18Ocalcite_eq is restricted to few months indicating a seasonal calcification of Cytheridella. There is a characteristic pattern in its difference between mean δ18Oostracode and δ18Ocalcite_eq which implies that Cytheridella provides a synchronous life cycle in its geographical range with two calcification periods in spring (May, June) and autumn (October). This ubiquitous life cycle of Cytheridella in the entire study area is considered to be phylogenetically inherited. It might have originally been adapted to environmental conditions but has been conserved during the migration and radiation of the group over the Neotropical realm.
In der vorliegenden Untersuchung konnte bestätigt werden, dass die bisher aus dem Schrifttum bekannten Risikofaktoren für eine Kolonisation/Infektion von Patienten durch MRSA bei Krankenhausaufnahme nach wie vor zutreffen.
Ferner konnte in der vorliegenden Untersuchung nachgewiesen werden, dass die Verlegungshäufigkeit MRSA positiver Patienten von 2007-2010 abnahm. Damit nahm die Wahrscheinlichkeit einer nosokomialen Weiterverbreitung auf Patienten sowie der Übertragung von MRSA auf das Personal ab. In wie weit das und die vermutlich angestiegene Compliance bei der Einhaltung der SAA durch Hygieneschulungen und Supervision zur Abnahme einer MRSA- Kolonisation bei den Mitarbeitern führte, kann anhand der vorliegenden Daten nicht beantwortet werden.
Da die MRSA-Last im Jahr 2010 im Vergleich zum Jahr 2007 deutlich angestiegen ist, müssen die Präventionsmaßnahmen in ihrer Gesamtheit gegriffen haben. Zur Aufklärung der Bedeutung einzelner Präventionsmaßnahmen innerhalb der Multibarrieren-Strategie der MRSA- Prävention sind weitere Untersuchungen notwendig, um die Präventionsstrategie gegebenenfalls zu adjustieren.
Die Messung der Propriozeption erfolgte in der vorliegenden prospektiven Studie anhand einer etablierten Kinästhesiemessung zur Bestimmung der Wahrnehmungsschwelle des Bewegungsbeginnes. Zur Beurteilung der Propriozeptionsfähigkeit nach Kniegelenksendoprothetik erwies sich diese Methode im klinischen Alltag als praktikabel und vor allem sehr aussagekräftig in Hinsicht auf die veränderten Leistungsfähigkeiten in operierten Kniegelenken. Aus der Klinik und Poliklinik für Orthopädie und orthopädische Chirurgie in Greifswald wurden im Zeitraum von August 2002 bis September 2003 45 Patienten, die sich auf Grund fortgeschrittener Gonarthrosen einer operativ- endoprothetischen Versorgung unterzogen, hinsichtlich ihres klinischen Bildes und ihrer Propriozeptionsfähigkeiten untersucht. Die Untersuchungen erfolgten zum einen präoperativ und zum anderen drei und sechs Monate postoperativ. Anhand der statistischen Auswertung der erhobenen Daten lassen sich nun folgende Aussagen zum klinischen und propriozeptiven Verlauf nach Implantation einer Kniegelenksendoprothese treffen. Die präoperative Detektionsschwelle ist bei dem Krankheitsbild der ausgeprägten Gonarthrose im Vergleich zu einer gesunden Normalbevölkerung erhöht. Die Detektionsschwelle ist präoperativ auf der zu operierenden Gelenkseite höher, als auf der nicht zu operierenden Gegenseite. Mit zunehmendem Alter der Patienten steigt die durchschnittliche Detektionsschwelle an. In Abhängigkeit vom klinischen Bild zeigte sich zudem eine höhere Detektionsschwelle, je ausgeprägter sich das Krankheitsbild darstellte. Insbesondere war die Detektionsschwelle um so höher, je höher die Schmerzsymptomatik und je niedriger die mittels der klinischen Scores (Lysholm, KSS) erhobenen Punktwerte ausfielen. Vor dem endoprothetischen Eingriff weist das zu operierende Kniegelenk ein ausgeprägteres klinisches Krankheitsbild und eine höhere Detektionsschwelle auf als die Gegenseite. Abweichungen von Werten, die bei gesunden Kontrollgruppen gefunden wurden, lagen jedoch auch auf der nicht zu operierenden Gegenseite vor. Postoperativ stiegen die klinischen Scorewerte und die propriozeptiven Fähigkeiten auf der operierten Kniegelenksseite signifikant an. Eine Zunahme war aber auch auf der Gegenseite zu verzeichnen. Bei differenzierter Betrachtung der Veränderungen der Propriozeptionsfähigkeit in Abhängigkeit von der Art der Implantierten Prothesen kann man feststellen, dass die Detektionsschwelle beim TC-Plus- und beim LPS-Flex-Knie um 17% sinkt und beim LCS-Complete-Knie um 13%. Dies entspricht einer signifikanten Zunahme der Propriozeptionsfähigkeit. Bei dem Natural - Knee liegt die Detektionsschwelle sowohl präoperativ als auch postoperativ auf einem gleichen überdurchschnittlich guten Level. Zu erklären ist die niedrigere Detektionsschwelle mit dem prä- und postoperativ bestehenden besseren klinischen Erscheinungsbild dieser Patientengruppe. Die gravierensten Unterschiede in den Propriozeptionsfähigkeiten ließen sich in Abhängigkeit vom stationären oder ambulanten Nachbehandlungskonzept erkennen. Hier kam es bei den nur ambulant nachbehandelten Patienten auf der Operationsseite erst nach sechs Monaten zu einer Zunahme der klinischen Scorewerte und der Propriozeptionsfähigkeit. Bei den stationär nachbehandelten Patienten war dieser Anstieg schon nach drei Monaten zu verzeichnen. Auf der nicht operierten Gegenseite zeigten die Patienten mit ambulanter Nachbehandlung eine deutliche Verschlechterung des klinischen Bildes und der Propriozeption. Im Gegensatz dazu verbesserte sich das subjektive Befinden und die Propriozptionsfähigkeit bei den stationär nachbehandelten Patienten auch auf der Gegenseite deutlich. Die vorliegende Arbeit zeigt die Praxisbezogenheit der Anwendung dieser wissenschaftlich erhobenen Messdaten. Die Propriozeptionsmessung im Rahmen operativer Eingriffe bei Gonarthrosepatienten ist praktikabel anwendbar und sollte in der Rehabilitation nach operativ - endoprothetischer Behandlung der Gonarthrose einen vielseitigen klinischen Einsatz finden, um die gezielte Rehabilitation der Patienten im Krankheitsverlauf wirksam zu unterstützen und eine schnellere Wiederherstellung des Gesundheitszustandes und der Alltagsbelastbarkeit zu gewährleisten. Im Weiteren ist vor allem die Erhebung von Langzeitergebnissen zur Therapiekontrolle notwendig. Im Rahmen der wissenschaftlichen Forschung könnten mit Hilfe der Propriozeptionsmessung vor allem neue Therapieansätze auf ihre Effektivität geprüft werden. Zum Beispiel, welchen Einfluss eine präoperativ durchgeführte propriozeptiv orientierte Physiotherapie auf das Operationsergebnis hat. Da sich der beschriebene Messaufbau für die Propriozeptionsmessung am Kniegelenk als sehr praktikabel und aussagekräftig erwiesen hat, könnte durch Modifikation diese Methode auch für andere Gelenke zur Anwendung kommen. Hierfür wären weitere Entwicklungsarbeit und anschließende klinische Studien erforderlich.
In dieser Arbeit wurden Experimente an einem DC-Magnetron-Beschichtungsplasma zur (reaktiven) Abscheidung von Ti, TiNx und TiOx-Schichten durchgeführt. Das Ziel war es, durch Korrelation von Messungen des Ionen- und des Energieeinstroms auf das Substrat während des Beschichtungsvorgangs mit Analysen der abgeschiedenen Schichten Aussagen über die Zusammenhänge von Abscheidebedingungen und Schichteigenschaften zu treffen. Von besonderem Interesse waren hierbei die Unterschiede zwischen den beiden Betriebsmodi des eingesetzten Magnetrons (balanced mode und unbalanced mode), da sich über diesen Parameter der Ioneneinstrom auf das Substrat signifikant beeinflussen lässt, sowie der Einfluss hochenergetischer negativ geladener Ionen, die beim Einsatz von Sauerstoff im Gegensatz zu dem von Stickstoff als Reaktivgas auftreten. Die Maxima der mittels energieaufgelöster Massenspektrometrie gemessenen Energieverteilungen aller Ionenspezies liegen im unbalanced mode im Vergleich zum balanced mode bei um etwa 0,2...1 eV höherer Energie. Der im Wesentlichen von den einfach positiv geladenen Argonionen und bei hohem Reaktivgasfluss den molekularen Reaktivgasionen getragene Gesamtioneneinstrom auf das Substrat ist im unbalanced mode deutlich höher als im balanced mode. Der mit Hilfe einer Thermosonde gemessene Energieeinstrom auf das Substrat steigt linear mit der Entladungsleistung an. Im unbalanced mode ist er, bedingt durch den höheren Gesamtioneneinstrom auf das Substrat und die größere mittlere Energie aller Ionenspezies, um mehr als eine Größenordnung höher als im balanced mode. Eine Abhängigkeit des Energieeinstroms vom Reaktivgasfluss wurde nicht beobachtet. Die röntgenreflektometrisch gemessenen Beschichtungsraten steigen über der Entladungsleistung linear an und sind im unbalanced mode trotz geringerer Sputterraten am Target um ca. 10...20 % höher als im balanced mode. Die Begründung hierfür liefert der im unbalanced mode deutlich höhere Energieeinstrom auf das Substrat. Durch diesen erhöhten Energieeintrag in die aufwachsenden Schichten steht im unbalanced mode mehr Energie für Prozesse an der Oberfläche, wie die Oberflächendiffusion, zur Verfügung. Die somit verbesserte laterale Mobilität der Teilchen an der Oberfläche führt dazu, dass diese besser in die wachsende Kristallstruktur eingebaut werden können. Damit ergibt sich letztendlich im unbalanced mode trotz des geringeren Teilcheneinstroms in allen untersuchten Plasmen eine höhere Abscheiderate von Titan auf dem Substrat. Der Energieeinstrom auf das Substrat ist demnach durch seinen signifikanten Einfluss auf die laterale Mobilität der aufwachsenden Teilchen ein bestimmender Parameter für das Schichtwachstum. Die durch die Beimischung von Reaktivgas zum Plasma auftretende Targetnitrierung bzw. –oxidation verursacht ein deutliches Absinken der Sputterraten am Target und damit der Beschichtungsraten über dem Reaktivgasfluss. Messungen der chemischen Zusammensetzungen der Schichten mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie zeigen, dass die Menge des in die Schichten eingebauten Reaktivgases über dessen Konzentration im Beschichtungsplasma zu kontrollieren ist. Im Argon-Stickstoff-Plasma sind die Werte der aus den röntgenreflektometrisch erhaltenen Dichten bei den im unbalanced mode abgeschiedenen Schichten deutlich höher als bei den im balanced mode abgeschiedenen. Untersuchungen mittels Röntgendiffraktometrie zeigen für diese Schichten auch höhere makroskopische Spannungen. Offenbar führt der größere Energieeinstrom hier zu lokalen Temperaturunterschieden, aus denen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von Schicht und Substrat beim Abkühlen makroskopische Schichtspannungen resultieren. Insgesamt werden im Argon-Stickstoff-Plasma im unbalanced mode des Magnetrons kompaktere Schichten mit weniger Lücken abgeschieden als unter denselben Bedingungen im balanced mode. Im Argon-Sauerstoff-Plasma wird dieser positive Effekt des höheren Energieeintrags in die aufwachsenden Schichten durch den im unbalanced mode deutlich höheren Beschuss des Substrats mit hochenergetischen negativ geladenen Sauerstoffionen mehr als aufgehoben. Dadurch kommt es in diesem Betriebsmodus des Magnetrons zu einer erhöhten Lückenbildung in den aufwachsenden Schichten, die somit geringere makroskopische Spannungen und geringere mittlere Dichten aufweisen als die im balanced mode abgeschiedenen. Die Summe dieser Ergebnisse zeigt, dass die Eigenschaften der im hier untersuchten DC-Magnetronplasma abgeschiedenen Schichten maßgeblich von der Zusammensetzung des Beschichtungsplasmas und insbesondere von der Art und der Energie der auf das Substrat auftreffenden Ionen abhängen.
Das AMDP-Modul zu Dissoziation und Konversion (AMDP-DK) stellt eine Checkliste zur ökonomischen Erfassung dissoziativer und konversiver Phänomene dar, welche die Lücke zwischen reinen Selbstbeurteilungsverfahren und zeitaufwendigen strukturierten Interviews mit ihren jewei-ligen Nachteilen schließt. Das Verfahren umfasst operationalisierte 30 Merkmale, die entsprechend den AMDP-Algorhithmen bewertet werden, und die sich theoriegeleitet in die Subskalen Dissoziation (15 Items), Konversion (9 Items) und eine „formale“ Beurteilungsebene (6 Items), die assoziierte Merkmale abbildet, gliedert. In einer Stichprobe stationärer psychiatrischer Patienten (N = 73) fanden sich die erfassten Phänomene in sehr heterogener Häufigkeit und Ausprägung. Das AMDP-DK und seine Subskalen zeigten gute Werte für die innere Konsistenz (Cron-bachs ? zwischen 0,76 und 0,85). Faktoranalytisch konnte die theoriegeleitete Subskalenbildung größtenteils repliziert werden. Die konvergente und divergente Validität waren befriedigend bis gut, und die Checkliste zeigte im Gruppenvergleich eine gute Diskriminationsfähigkeit zwischen hoch- und niedrigdissoziativen Patienten. Die Befunde werden hinsichtlich der psychometrischen Güte und der Bedeutung für die Modellbildung zu Dissoziation und Konversion diskutiert.
The stratospheric aerosol layer plays an important role in the radiative balance of Earth primarily through scattering of solar radiation. The magnitude of this effect depends critically on the size distribution of the aerosol. The aerosol layer is in large part fed by volcanic eruptions strong enough to inject gaseous sulfur species into the stratosphere. The evolution of the stratospheric aerosol size after volcanic eruptions is currently one of the biggest uncertainties in stratospheric aerosol science. We retrieved aerosol particle size information from satellite solar occultation measurements from the Stratospheric Aerosol and Gas Experiment III mounted on the International Space Station (SAGE III/ISS) using a robust spectral method. We show that, surprisingly, some volcanic eruptions can lead to a decrease in average aerosol size, like the 2018 Ambae and the 2021 La Soufrière eruptions. In 2019 an intriguing contrast is observed, where the Raikoke eruption (48∘ N, 153∘ E) in 2019 led to the more expected stratospheric aerosol size increase, while the Ulawun eruptions (5∘ S, 151∘ E), which followed shortly after, again resulted in a reduction in the values of the median radius and absolute distribution width in the lowermost stratosphere. In addition, the Raikoke and Ulawun eruptions were simulated with the aerosol climate model MAECHAM5-HAM. In these model runs, the evolution of the extinction coefficient as well as of the effective radius could be reproduced well for the first 3 months of volcanic activity. However, the long lifetime of the very small aerosol sizes of many months observed in the satellite retrieval data could not be reproduced.
Myxomycetes or Myxogastria (supergroup Amoebozoa) are one of several Protistean groups dispersing via airborne spores. The model organism for the group, so far exclusively studied in a laboratory environment, is Physarum polycephalum. Here, molecular evolution, distribution and the ecology of spores dispersal was investigated for the non-model species Physarum albescens. This nivicolous myxomycete fruits with snow melt in most mountain ranges of the northern hemisphere and disperses via spherical, dark-colored and melanin-rich spores. Fruit body development and subsequent spore dispersal occurs within a short time window of a few days. At this time, the fruiting plasmodium is fully exposed to the harsh environment if the protecting snow melts away. The spores, with a diameter of 10–13 µm of the typical size for myxomycetes, can potentially reach all suitable habitats worldwide, which led to the assumption that not only Ph. albescens but most myxomycete species should be ubiquitously distributed over the world.
In the first part of this study (article 1), the question was, if spore dispersal can realize a gene flow sufficient to meet the above-mentioned assumption. A total of 324 accessions of Ph. albescens, collected all over the northern hemisphere, was sequenced for 1-3 genetic markers (SSU, EF1A, COI), and 98 specimens were further analyzed using the genotyping by sequencing technique. As a result, at least 18 reproductively isolated units, which can be seen as cryptic biological species, emerged as phylogroups in a three-gene phylogeny, but as well in a SNP-based phylogeny and were confirmed by a recombination analysis between the three markers. However, this evolutive radiation is not simply caused by geographic fragmentation due to low dispersal capability: within a certain region, multiple phylogroups coexisted next to each other, although some appeared to be regional endemics. Most likely, mutations in mating-type genes, as shown to exist for the cultivable Ph. polycephalum, are the main drivers of speciation. This challenges the hypothesis of ubiquitous distribution of Ph. albescens and corroborates the results of the few available studies for other myxomycete species. In addition, groups of clonal specimens, mostly but not always restricted to a certain slope or valley indicated that sexual and asexual reproduction coexists in the natural populations of Ph. albescens.
In the second part (articles 2), the fundamental niche for Ph. albescens was described using all available records for the species. The resulting set of 537 unique occurrence points was subjected to a correlative spatial approach using the software MaxEnt. In dependence on the predictor variables three species distribution models emerged which differed only in details. The first consisted of only 19 bioclimatic variables and an elevation map from the WorldClim dataset. The second was corrected for pseudo-absences resulting from missing survey activities, and the third was expanded with an additional categorical environment variable on snow cover. High mean AUC (area under the curve) values above 0.97 could be reached with all three models. Variables for snow cover, precipitation of the coldest quarter (of the year), and elevation correlated highly to predict the distribution of Ph. albescens. Only in mid-northern latitudes, elevation alone was a good predictor, but it would cause false-positive predictions in arid mountain ranges and failed to explain occurrence in lowland sites at higher latitudes. Mountains in humid climates showed the highest incidences, confirming recent studies that long-lasting snow covers combined with mild summers are crucial for the ecological guild of nivicolous myxomycetes, with Ph. albescens as a typical species.
Spore size is crucial for dispersal ability and should thus be a character under strong selection. In addition, spores carrying two nuclei with opposite mating types should have a colonization advantage. This was the hypothesis for the last part of this study (articles 3 and 4), which investigated this trait in a quantitative manner. This required a method to analyze thousands of spores automatically (article 3) and with high precision for size and the number of nuclei enclosed. Human errors should be excluded, to reveal even subtle differences in the resulting spore size distributions. Two challenges had to be met for this approach. First, a preparation technique was developed to reduce false segmentations due to overlaying spores by aligning spores on one common plane with a high-frequency vibration device. Second, the segmentation process was automated to allow separating spores that are densely packed in the respective images. A machine learning algorithm was set up and trained to reliable identify and measure dark-colored spores. The technique produced consistent results with high accuracy, and the large number of spores allowed to compile spore size distributions, to check for the constancy of this character, which is impossible with manual measurements limited to low numbers.
The resulting spore size distributions, obtained from over 80 specimens (article 4), were mostly narrow, which is in accordance with our hypothesis. Spore size was as well fairly constant within fructifications from one colony. However, mean spore size within different accessions of Ph. albescens showed large variation (ca. 10%, a range often indicated to key out different morphospecies of myxomycetes), and this was explained only by a minor part with differences between biospecies. Not much smaller (8%) was the variation within a group of clonal specimens collected within 25 m distance. This points to a strong influence of environmental factors even at a micro spatial scale, perhaps caused by microclimatic differences and high phenotypic plasticity for spore size. The influence of large-scale covariates like altitude or latitude was negligible. However, spore size correlated with the variance in this trait, indicating that oversized spores may be caused by detrimental environmental conditions. Two aberrations in spore development were found: First, a few specimens showed a multimodal distribution for spore size with two or even three discernible spore populations. The estimated volumes of those populations correspond to a multiple of the first and most abundant conspicuous spore size population. Second, not all spores were uninucleate as to be expected for meiotic products. This was revealed by fluorescence signals from staining the same spores with DAPI, with a second machine learning algorithm trained to identify the nuclei in a spore. A few specimens showed a significant proportion of binucleated spores in the size range of normal-sized ones, and these specimens were not the ones with multimodal spore size distributions. This indicates that the negative impacts (inbreeding) of multinucleate spores should outweigh a possible colonization advantage and is in accordance with the high genetic diversity found in the worldwide population of Ph. albescens, indicating predominantly sexual reproduction in wild populations of myxomycetes.
Background: Gastrointestinal hormones (GIHs) are crucial for the regulation of a variety of physiological functions and have been linked to hunger, satiety, and appetite control. Thus, they might constitute meaningful biomarkers in longitudinal and interventional studies on eating behavior and body weight control. However, little is known about the physiological levels of GIHs, their intra-individual stability over time, and their interaction with other metabolic and lifestyle-related parameters. Therefore, the aim of this pilot study is to investigate the intra-individual stability of GIHs in normal-weight adults over time. Methods: Plasma concentrations of ghrelin, leptin, GLP-1 (glucagon-like-peptide), and PP (pancreatic polypeptide) were assessed by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) in 17 normal-weight, healthy adults in a longitudinal design at baseline and at follow-up six months later. The reliability of the measurements was estimated using intra-class correlation (ICC). In a second step, we considered the stability of GIH levels after controlling for changes in blood glucose and hemoglobin A1 (HbA1c) as well as self-reported physical activity and dietary habits. Results: We found excellent reliability for ghrelin, good reliability for GLP1 and PP, and moderate reliability for leptin. After considering glucose, HbA1c, physical activity, and dietary habits as co-variates, the reliability of ghrelin, GLP1, and PP did not change significantly; the reliability of leptin changed to poor reliability. Conclusions: The GIHs ghrelin, GLP1, and PP demonstrated good to excellent test–retest reliability in healthy individuals, a finding that was not modified after adjusting for glucose control, physical activity, or dietary habits. Leptin showed only moderate to poor reliability, which might be linked to weight fluctuations, albeit small, between baseline and follow-up assessment in our study sample. Together, these findings support that ghrelin, GLP1, and PP might be further examined as biomarkers in studies on weight control, with GLP1 and PP serving as anorexic markers and ghrelin as an orexigenic marker. Additional reliability studies in obese individuals are necessary to verify or refute our findings for this cohort.
Deteriorations in slow wave sleep (SWS) have been linked to brain aging and Alzheimer’s disease (AD), possibly due to its key role in clearance of amyloid-beta and tau (Aß/tau), two pathogenic hallmarks of AD. Spermidine administration has been shown to improve sleep quality in animal models. So far, the association between spermidine levels in humans and parameters of SWS physiology are unknown but may be valuable for therapeutic strategies. Data from 216 participants (age range 50–81 years) of the population-based Study of Health in Pomerania TREND were included in our analysis. We investigated associations between spermidine plasma levels, key parameters of sleep macroarchitecture and microarchitecture that were previously associated with AD pathology, and brain health measured via a marker of structural brain atrophy (AD score). Higher spermidine levels were significantly associated with lower coupling between slow oscillations and spindle activity. No association was evident for SWS, slow oscillatory, and spindle activity throughout non-rapid eye movement sleep. Furthermore, elevated spermidine blood levels were significantly associated with a higher AD score, while sleep markers revealed no association with AD score. The association between higher spermidine levels and brain health was not mediated by coupling between slow oscillations and spindle activity. We report that higher spermidine blood levels are associated not only with deteriorated brain health but also with less advantageous markers of sleep quality in older adults. Future studies need to evaluate whether sleep, spermidine, and Aß/tau deposition are interrelated and whether sleep may play a mediating role.
Introduction
Supplementation with spermidine may support healthy aging, but elevated spermidine tissue levels were shown to be an indicator of Alzheimer's disease (AD).
Methods
Data from 659 participants (age range: 21–81 years) of the population-based Study of Health in Pomerania TREND were included. We investigated the association between spermidine plasma levels and markers of brain aging (hippocampal volume, AD score, global cortical thickness [CT], and white matter hyperintensities [WMH]).
Results
Higher spermidine levels were significantly associated with lower hippocampal volume (ß = −0.076; 95% confidence interval [CI]: −0.13 to −0.02; q = 0.026), higher AD score (ß = 0.118; 95% CI: 0.05 to 0.19; q = 0.006), lower global CT (ß = −0.104; 95% CI: −0.17 to −0.04; q = 0.014), but not WMH volume. Sensitivity analysis revealed no substantial changes after excluding participants with cancer, depression, or hemolysis.
Discussion
Elevated spermidine plasma levels are associated with advanced brain aging and might serve as potential early biomarker for AD and vascular brain pathology.
Hintergrund: Diese retrospektive Studie befasst sich mit der vergleichenden Betrachtung von der limbus basalen Trabekulektomie mit der der fornix basalen Trabekulektomie und limbus basalen tiefen Sklerektomie. Methode: Die Studienpopulation umfasste 51 Augen von 48 Patienten. 30 Augen wurden mit der limbus basalen Trabekulektomie, 12 Augen mit der fornix basalen Trabekulektomie und 9 Augen mit der limbus basalen tiefen Sklerektomie operativ versorgt. Alle Operationen wurden von Prof. Clemens und Prof. Tost durchgeführt. Ergebnisse: Die Druckregulierung gelang postoperativ in 98% der Augen ohne einen IOD-senkenden Wirkstoff. Nach 8 bis 13 Monaten benötigten 53,6% der nachuntersuchten Patienten weiterhin keine IOD-senkenden Wirkstoffe. Bei 98,0% der Augen wurde postoperativ das Sickerkissen als funktionstüchtig beschrieben. Die limbus basale und fornix basale Trabekulektomie zeigten im Gegensatz zur limbus basalen tiefen Sklerektomie tendenziell mehr Komplikations- bzw. Revisionsoperationsraten. Zusammenfassung: Alle drei Operationsmethoden zeigten sich effizient, um den intraokularen Druck zu kontrollieren und ein funktionstüchtiges Sickerkissen auszubilden.
Despite a plethora of therapeutic approaches, the injection of local anaesthetics itself remains one of the most painful and dreadful procedures among children. Stimulation of acupoint LI4 is associated with analgesic effects in dentistry. Goal of the study To investigate whether stimulation of LI4, added to standard therapy (ST), reduces pain and distress during injection of local anaesthetic (LA) in comparison with ST alone. Materials and Methods Children, scheduled for dental treatment in local anaesthesia on 2 separate days were enrolled in this trial, approved by local ethics commission. On one day each child received bilateral acupuncture of LI4 point, using indwelling fixed “New Pyonex” needles (0.2 x 1.5 mm; Seirin, Japan). The parents of the children were asked to stimulate the needles by massage. Standardized injection of LA was performed 5 min following acupuncture. The needles were withdrawn at the end of dental treatment. On the other day of treatment children received LA injection without acupuncture. The order of treatment days (acupuncture first or vice versa) was randomised. Primary endpoint was the pain intensity during LA injection reported by children on Visual Rating Scale from 0=no pain to 10=maximal pain imaginable (VRS-11). Secondary endpoints were parent- and dentist-assessed pain intensity (measured on Numeric Rating Scale 1-10), patients’ heart rate before and during dental treatment and satisfaction with received therapy (measured on Numerical Rating Scale 1-5.) Side effects of LI4 stimulation were also recorded. Results and Discussion The data of 49 children (22 females; age 10 ± 4 yrs; mean ± SD), who completed both visits, were analysed. Children reported less pain with than without acupuncture: 2.2 ± 2.5 vs. 3.9 ± 2.7; mean ± SD, p<0.001. Heart rate decreased after LI4 stimulation compared to ST alone throughout the dental treatment (p<0.05). LI4 stimulation was safe and raised better satisfaction with the treatment among children and parents, than ST alone (p<0.05). Other secondary endpoints were comparable between both sessions. Conclusion Stimulation of acupuncture point LI4 reduces pain and autonomous stress during injection of local anaesthetics in paediatric dentistry.
Biorelevante In-vitro-Freisetzungsmodelle werden u. a. für das Screening neuartiger Formulierungen, zur Etablierung von In-vitro-/In-vivo-Korrelationen und zur Vorhersage des In-vivo-Verhaltens einer applizierten Darreichungsform angewendet. Die Entwicklung von In-vitro-Freisetzungsmodellen für peroral verabreichte Arzneiformen fokussierte bisher vorwiegend auf die Abbildung der gastrointestinalen Physiologie eines gesunden, „durchschnittlichen“ Erwachsenen. Patientenspezifische Faktoren, wie z. B. das Alter, Erkrankungen oder Geschlecht sowie individuelle Unterschiede, die die gastrointestinalen Verhältnisse und folglich auch das Freisetzungsverhalten einer peroral applizierten Arzneiform beeinflussen können, wurden bisher kaum berücksichtigt. Der Fokus dieser Arbeit lag auf der Entwicklung und Etablierung von patientenspezifischen, bioprädiktiven In-vitro-Freisetzungsmodellen für perorale Darreichungs-formen unter Berücksichtigung der gastrointestinalen Gegebenheiten zweier unterschiedlicher Patientenpopulationen: pädiatrische Patienten und Parkinson-Patienten.
Eine wichtige Voraussetzung für eine sichere und wirksame perorale Arzneimitteltherapie bei pädiatrischen Patienten sind altersgerechte Darreichungsformen sowie eine geeignete Einnahmepraxis. Peroral applizierte Arzneimittel werden pädiatrischen Patienten häufig zusammen mit Applikationsvehikeln verabreicht, um die Einnahme der Arzneimittel zu erleichtern. Es muss jedoch bei einer solchen Anwendungspraxis sichergestellt werden, dass die eingenommene Arzneiform mit dem jeweiligen Applikationsvehikel kompatibel ist. Die Beurteilung der Kompatibilität ist anhand klinischer In-vivo-Studien an gesunden Kindern jedoch aufgrund ethischer Bedenken kaum möglich. Zur Evaluierung der Kompatibilität könnten In-vitro-Freisetzungsmethoden als eine mögliche Alternative eingesetzt werden. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden pädiatrische In-vitro-Freisetzungsmodelle entwickelt, um zu evaluieren, ob die Stabilität und das In-vivo-Freisetzungsverhalten der neuartigen Alkindi®-Formulierung durch Co-Verabreichung mit alterstypischen Applikationsvehikeln beeinträchtigt werden. Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurden im Anschluss an eine intensive Literaturrecherche Physiologie-basierte In-vitro-Modelle auf Basis der Mini-Paddle-Apparatur entwickelt. In der ersten Studie wurde die In-vitro-Wirkstofffreisetzung nach simulierter Applikation der Alkindi®-Formulierung mit typischen Applikationsvehikeln für Kinder unter 6 Jahren, d. h. Muttermilch, Formulamilch und Vollmilch, untersucht. In der zweiten In-vitro-Studie wurde der Altersbereich der adressierten Patientenpopulation auf 2 - 16 Jahre verändert und eine Reihe weiterer flüssiger sowie halbfester Applikationsvehikel, wie z. B. Orangensaft und Joghurt, verwendet. In beiden Studien konnte deutlich gezeigt werden, dass die Alkindi®-Formulierung ein robustes Freisetzungsverhalten aufwies und kompatibel mit den untersuchten Matrices war. Auf Grundlage der Ergebnisse der In-vitro-Untersuchungen wurde geschlussfolgert, dass die In-vivo-Freisetzung und die Bioverfügbarkeit der untersuchten Arzneiform nicht durch die untersuchten Applikationsvehikel beeinflusst werden und folglich diese Vehikel zur gemeinsamen Einnahme mit der Alkindi®-Formulierung geeignet sind. Diese Beobachtungen wurden darüber hinaus durch publizierte Ergebnisse einer korrespondierenden In-vivo-Studie in Erwachsenen bestätigt.
Der zweite Teil der Arbeit befasste sich mit der Entwicklung eines neuartigen, Parkinson-spezifischen und Physiologie-basierten In-vitro-Freisetzungsmodells. Für die Entwicklung von biorelevanten In-vitro-Modellen zur Simulation der luminalen Bedingungen im Gastrointestinal-trakt einer spezifischen Patientenpopulation sind umfangreiche Kenntnisse über die jeweiligen gastrointestinalen In-vivo-Bedingungen und deren Variabilität unerlässlich. Im Rahmen einer Literaturrecherche wurde der aktuelle Wissensstand zu den gastrointestinalen Gegebenheiten in Parkinson-Patienten recherchiert, ausgewertet und zusammengefasst. Die Ergebnisse der Literaturstudie machen deutlich, dass sich die gastrointestinalen Bedingungen von Parkinson-Patienten teilweise erheblich von gesunden Erwachsenen unterscheiden. Das bedeutendste gastrointestinale Merkmal von Parkinson-Patienten ist die beeinträchtigte Motilität des Gastrointestinaltrakts, was sich u. a. in einer Verlangsamung der Magenentleerung sowie der intestinalen Passage äußert. Demgegenüber steht jedoch ein großer Mangel an Daten für eine Reihe von gastrointestinalen Parametern. Dies betrifft z. B. die Zusammensetzung und physiko-chemischen Eigenschaften der luminalen Flüssigkeiten des Gastrointestinaltrakts.
Als geeignete In-vitro-Testplattform wurde die USP-3-Apparatur – auch als Eintauchender Zylinder (Europäisches Arzneibuch, Ph. Eur.) und Reciprocating cylinder (Ph. Eur. und US-amerikanisches Arzneibuch, USP) bezeichnet – ausgewählt, da sich diese Testplattform insbesondere zur Untersuchung von Darreichungsformen mit modifizierter Wirkstofffreisetzung eignet und bereits in einer Vielzahl von analytischen Laboren etabliert ist. Die Nutzung der kompendialen USP-3-Apparatur ließ aufgrund der geringen Variationsmöglichkeiten keine Simulation typischer Motilitätsmuster im humanen Gastrointestinaltrakt zu und eignete sich noch weniger für die Entwicklung und Etablierung von individuellen, patientenspezifischen Motilitätsprofilen. Um diese technischen Limitationen zu überwinden, wurde für die Weiterentwicklung des arzneibuchkonformen Modells ein Lastenheft erstellt, welches detaillierte Anforderungen für die Entwicklung der neuen Testapparatur enthielt. Auf Grundlage des beschriebenen Übersichtsartikels und unter Anwendung einer auf Basis des Lastenheftes modifizierten USP-3-Apparatur wurden unter besonderer Berücksichtigung von Motilität, Passagezeiten und Flüssigkeitsvolumina Parkinson-spezifische In-vitro-Freisetzungsmodelle entwickelt. Für ausgewählte modifiziert freisetzende Levodopa-Fertigarzneimittel wurde anschließend eine vergleichende Serie von In-vitro-Freisetzungsuntersuchungen unter Anwendung von Parkinson-spezifischen- oder „standardmäßigen“ Testmodellen durchgeführt, wobei letztere die gastrointestinalen Gegebenheiten eines „durchschnittlichen“, gesunden Erwachsenen simulierten. Für eine Beurteilung der Aussagekraft der entwickelten Parkinson-spezifischen Testmodelle wurden die generierten In-vitro-Freisetzungsdaten aus den Parkinson-spezifischen- und den „standardmäßigen“ Freisetzungsuntersuchungen in ein In-silico-PBPK-Modell implementiert und die jeweiligen simulierten Plasmakonzentrations-Zeit-Profile von Levodopa anschließend mit klinischen, durchschnittlichen In-vivo-Daten korreliert. Für PBPK-Modelle mit integrierten Parkinson-spezifischen In-vitro-Freisetzungsdaten wurde eine höhere Prädiktivität des In-vivo-Verhaltens der untersuchten Levodopa-Darreichungsformen beobachtet. Es konnte gezeigt werden, dass die entwickelten Parkinson-spezifischen In-vitro-Modelle ein vielversprechendes und prädiktives Instrument zur Vorhersage der In-vivo-Wirkstofffreisetzung von modifiziert freisetzenden Levodopa-Darreichungsformen darstellen. Der diskutierte methodische Ansatz der vorliegenden Studie könnte zukünftig das Screening neuartiger Formulierungen deutlich optimieren und somit zu einer verbesserten Arzneimitteltherapie für Parkinson-Patienten, aber auch für andere spezifische Patientengruppen beitragen
Abstract
Background
Early mobilization improves physical independency of critically ill patients at hospital discharge in a general intensive care unit (ICU)‐cohort. We aimed to investigate clinical and molecular benefits or detriments of early mobilization and muscle activating measures in a high‐risk ICU‐acquired weakness cohort.
Methods
Fifty patients with a SOFA score ≥9 within 72 h after ICU admission were randomized to muscle activating measures such as neuromuscular electrical stimulation or whole‐body vibration in addition to early protocol‐based physiotherapy (intervention) or early protocol‐based physiotherapy alone (control). Muscle strength and function were assessed by Medical Research Council (MRC) score, handgrip strength and Functional Independence Measure at first awakening, ICU discharge, and 12 month follow‐up. Patients underwent open surgical muscle biopsy on day 15. We investigated the impact of muscle activating measures in addition to early protocol‐based physiotherapy on muscle strength and function as well as on muscle wasting, morphology, and homeostasis in patients with sepsis and ICU‐acquired weakness. We compared the data with patients treated with common physiotherapeutic practice (CPP) earlier.
Results
ICU‐acquired weakness occurs within the entire cohort, and muscle activating measures did not improve muscle strength or function at first awakening (MRC median [IQR]: CPP 3.3 [3.0–4.3]; control 3.0 [2.7–3.4]; intervention 3.0 [2.1–3.8]; P > 0.05 for all), ICU discharge (MRC median [IQR]: CPP 3.8 [3.4–4.4]; control 3.9 [3.3–4.0]; intervention 3.6 [2.8–4.0]; P > 0.05 for all), and 12 month follow‐up (MRC median [IQR]: control 5.0 [4.3–5.0]; intervention 4.8 [4.3–5.0]; P = 0.342 for all). No signs of necrosis or inflammatory infiltration were present in the histological analysis. Myocyte cross‐sectional area in the intervention group was significantly larger in comparison with the control group (type I +10%; type IIa +13%; type IIb +3%; P < 0.001 for all) and CPP (type I +36%; type IIa +49%; type IIb +65%; P < 0.001 for all). This increase was accompanied by an up‐regulated gene expression for myosin heavy chains (fold change median [IQR]: MYH1 2.3 [1.1–2.7]; MYH2 0.7 [0.2–1.8]; MYH4 5.1 [2.2–15.3]) and an unaffected gene expression for TRIM63, TRIM62, and FBXO32.
Conclusions
In our patients with sepsis syndrome at high risk for ICU‐acquired weakness muscle activating measures in addition to early protocol‐based physiotherapy did not improve muscle strength or function at first awakening, ICU discharge, or 12 month follow‐up. Yet it prevented muscle atrophy.
Retrospektive Untersuchung zur Ausbildung Heterotoper Ossifikationen nach Hüft-Totalendoprothese
(2008)
In der vorliegenden retrospektiven Studie wurden insgesamt 428 Patienten betrachtet, die zwischen Januar 2002 und Dezember 2004 in der Klinik für Orthopädie des Universitätsklinikums Greifswald mit einer Hüfttotalendoprothese versorgt wurden. Unter dem Patientengut befanden sich 231 (53,97%) Frauen und 197 (46,03%) Männer mit einem Durchschnittsalter von 65,4 Jahren. Ziel der Studie war es, die in der Literatur vermuteten Risikofaktoren für die Entwicklung von heterotopen Ossifikationen nach endoprothetischer Versorgung der Hüfte zu untersuchen und darüber hinaus weitere, möglicherweise noch nicht erfasste Risikofaktoren zu entdecken. Dazu wurden die Akten der Patienten nach ausgewählten Parametern untersucht und anschließend anhand statistischer Tests (Chi-Quadrat Test und Exakter Test von Fisher) auf ihre Signifikanz überprüft. Neben dem Vergleich dieser Resultate mit den Angaben in der Literatur galt ein weiterer Betrachtungsaspekt der Häufigkeit aufgetretener Rezidive nach operativer Entfernung der Ossifikationen. Hierzu erfolgte eine klinische und radiologische Nachuntersuchung eines Teils der Patienten drei bis fünf Jahre nach vorausgegangener Resektion der Verknöcherungen. Insgesamt kam es bei 16 (3,74%) der 428 Patienten zur Entstehung von HO. Unter diesen befanden sich nach Brooker zwei männliche Personen mit Grad 1 und wiederum zwei Männer mit Grad 2-3. Dem Grad 3 konnten zwei und dem Grad 3-4 drei Männer zugeordnet werden. Grad 4 wurde bei vier männlichen und drei weiblichen Personen diagnostiziert. Einen signifikanten Einfluss auf die Entwicklung von HO hatten hierbei das männliche Geschlecht (p=0,0044) sowie kontralaterale HO (p=0,0322) und Osteophyten (p=0,0305). Diese Ergebnisse stimmen mit einem Großteil der in der Literatur herrschenden Meinung überein. Obwohl von einigen Autoren postuliert, stellten sich das Alter sowie der BMI und das präoperative Bewegungsausmaß nicht als prädisponierende Faktoren heraus. Die Implantation einer zementierten Prothese wird hinsichtlich ihres Einflusses in der Literatur kontrovers diskutiert, im umschriebenen Patientengut konnte ein negativer Einfluss (p=0,0370) dieser Prothesenart nachgewiesen werden. Andere operative Daten wie der operative Zugang und die Operationsdauer wirkten sich nicht auf die Entstehung von HO aus. Auch die Anzahl der vorausgegangenen operativen Eingriffe an der Hüfte hatten keinen Einfluss. Die Untersuchung hinsichtlich intra- und postoperativer Komplikationen zeigte einen signifikanten Zusammenhang zwischen postoperativen Luxationen (p=0,0077) und Infektionen (p=0,0322) sowie postoperativer Hämatome (p=0,0198) und einem intraoperativen Abriss des Trochanter majors (p=0,0122) mit der Bildung von HO. Auch diese Resultate werden von den Ergebnissen anderer Autoren unterstützt. Wundheilungsstörungen, Läsion der Arteria und des Nervus femoralis hatten hingegen keinen Einfluss. Patienten mit erhaltener Blutkonserve zeigten signifikant (p=0,0321) seltener HO als solche ohne Transfusion, sodass der adäquate Ausgleich des Blutverlustes einen präventiven Charakter auf die HO-Genese zu haben scheint. Durch die genaue Aufzeichnung des intraoperativen Blutverlustes könnte in einer weiteren Studie herausgefunden werden, ab welcher Menge die Konservengabe das Risiko verringert. Ebenso hatten in der vorliegenden Studie Patienten mit normalem Hb (p=0,0163) und Hk (p=0,0206) ein signifikant niedrigeres Risiko für die HO-Genese. Weitere untersuchte Laborparameter beeinflussten das Risiko nicht. Bekannte Vorerkrankungen wirkten sich im Patientengut nicht auf die HO-Genese aus, darunter auch solche, die in der Literatur als Risikofaktor angeführt werden wie Morbus Bechterew und chronische Polyarthritis. Da die Fallzahlen jedoch in diesen Gruppen sehr gering waren ist das Resultat in seiner Aussagekraft in Frage zu stellen. Eine allgemeine prophylaktische Versorgung der Patienten hatte einen positiven Einfluss (p=0,0022) auf die Entstehung von HO, dem gezielten Einsatz der Prophylaxe bei Patienten mit Risikofaktoren (kontralaterale HO und Osteophyten) konnte jedoch kein präventiver Einfluss nachgewiesen werden. Somit sollte der allgemeine Einsatz prophylaktischer Maßnahmen nach der HTP-Implantation in Betracht gezogen werden. Von den 16 Patienten mit HO erfolgte bei 12 die operative Entfernung der Verknöcherungen. Zur Beurteilung der Rezidivrate konnten von vier der 12 operierten Personen Informationen mittels klinischer und radiologischer Untersuchung gewonnen werden. Bei dieser Nachuntersuchung zeigten alle vier Personen trotz erhaltener Prophylaxe erneute Ossifikationen. Da die Anzahl der zur Nachuntersuchung erschienenen Patienten jedoch sehr gering war, ist die Aussagekraft hinsichtlich der Beurteilung der Rezidivrate eingeschränkt und sollte durch die Untersuchung größerer Fallzahlen unterstützt werden.
Vitamin B6 deficiency during pregnancy translates into a severe vitamin B6 deficiency (plasma levels decreased by 97%) in new-born rats. Further, hallmarks are increased (+89%) concentrations of homocysteine, gross changes in gene methylation and expression, and metabolic alterations including lipid metabolism. This study focuses on determining the effects of vitamin B6-deficiency on cardiolipin composition and oxidative phosphorylation in liver. For this purpose, hepatic cardiolipin composition was analyzed by means of LC/MS/MS, and mitochondrial oxygen consumption was determined by using a Clark-type electrode in a rat model of vitamin B6 deficiency. Liver mitochondria from new-born rats with pre-term vitamin B6 deficiency responded with substantial alterations in cardiolipin composition that include the following changes in the amounts of cardiolipin incorporated fatty acids: increase in C16, decrease in C18, decrease in saturated fatty acid, as well as increase in amount of oxidized cardiolipin species. These changes were accompanied by significantly decreased capacity of oxidative phosphorylation. In conclusion, vitamin B6 deficiency in new born rats induces massive alterations of cardiolipin composition and function of liver mitochondria. These findings support the importance of sufficient periconceptional supply of vitamin B6 to prevent vitamin B6 deficiency.
Impact statement
Vitamin B6 (VitB6) is an active co-enzyme for more than 150 enzymes and is required for a great diversity of biosynthesis and metabolic reactions. There is an increased need for VitB6 during pregnancy and sufficient supply of VitB6 is crucial for the prevention of cleft palate and neural tube defects. We show that liver mitochondria from new-born rats with pre-term VitB6 deficiency respond with substantial alterations in cardiolipin (CL) composition and in the amount of oxidized CL species. These changes are associated with a decrease in the efficiency of oxidative phosphorylation. The results of this study support the significance of sufficient supply of VitB6 during pregnancy (and periconceptional) for diminishing the number of early abortions and minimizing malformation. The established link between VitB6 deficiency, CL composition, and mitochondrial respiration/energy production provides mechanistic insight as to how the VitB6 deficiency translates into the known pathophysiological and clinically relevant conditions.
The introduction of two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (2-D PAGE) enabled the separation and visualization of a substantial fraction of an organism’s entire proteome, and when mass spectrometry entered protein science, these proteins became even amenable to identification on a grand scale. Nevertheless, important classes of proteins elude a separation on classical 2 D gels, as the ones showing extremes in isoelectric point or molecular weight, and foremost very hydrophobic proteins naturally embedded in lipid membranes. This thesis aimed at the establishment and adaptation of alternatives to 2-D PAGE. New techniques allowing for an identification and quantification of critical protein classes were designed and adopted to physiological questions in the Gram-positive bacteria Bacillus subtilis and Staphylococcus aureus. In a comprehensive study on cytoplasmic proteins of S. aureus COL the number of proteins identified by a 2-D gel based approach could be extended by 650 proteins employing gel free technologies. Application of these complementary methods resulted in the establishment of a comprehensive reference map of the cytosolic proteome in growing and non-growing S. aureus cells which can serve as basis for further physiological investigations. Gel free separation of complex protein digests was likewise used in a quantitative study on heat stress in B. subtilis. By implementation of the iTRAQ® technology four different physiological states could be relatively quantified in one experiment. A parallel generation of 2-D gel based data enabled the depiction of strengths and weaknesses of protein quantitation by both, spot intensities on 2-D gels and iTRAQ® signal intensities in MS/MS spectra. Furthermore, new insights into heat sensitivity of pivotal enzymes involved in amino acid biosynthesis could be delivered. The institution of gel free approaches and advancements in 2-D PAGE provide the tools to penetrate into yet unamenable scopes of proteomes. A review on proteome coverage in B. subtilis gives an overview on the strategies which have been explored for most comprehensive protein identification in various sub-proteomes. Although more than one third of B. subtilis’ open reading frames could be demonstrated on protein level, one has to be aware of the fact that it still is a long way to achieve complete coverage of its proteome. Integral membrane proteins make up about one quarter of the entirety of proteins in a cell. Despite their large portion they are clearly understudied due to the intricacy of identification. Their low abundance and non-accessibility of membrane-spanning domains represent major experimental difficulties. The establishment of a protocol efficiently depleting cytosolic proteins by membrane shaving and targeting trans-membrane peptides by novel digestion strategies essentially facilitated identification of highly hydrophobic integral membrane proteins. This protocol was not only successfully applied to the membrane proteome of growing S. aureus cells, but was shown to be applicable in B. subtilis as well. Both studies displayed the novel membrane shaving approach to be highly complementary to a previously established separation of membrane proteins via 1 D PAGE. A combination of the two techniques resulted in identification of about half of the theoretical membrane proteome in both bacteria, and hence layed the foundation for advanced and quantitative analyses. In this regard, 14N/15N metabolically labeled membrane samples of growing and non-growing cells of S. aureus COL were relatively quantified revealing a significant difference in amount for more than one third of the proteins. A corresponding experimental setup was used to compare the membrane proteomes of S. aureus SA113 and its mutant deficient in the lysylphosphatidylglycerol synthetase MprF. Interesting quantitative differences were obtained for proteins most likely involved in the regulation of cellular surface net charge as well as for virulence-associated proteins.
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.
Thrombozyten haben neben ihrer Funktion in der Hämostase eine wichtige Rolle in der Immunabwehr. Sie interagieren hierbei mit Komponenten des angeborenen und des adaptiven Immunsystems und sind in der Lage, direkte anti-mikrobielle Einflüsse zu vermitteln. Die Interaktion von Thrombozyten mit Gram-positiven Bakterien unterscheidet sich von jener mit Gram-negativen Erregern. Bei beiden Gruppen von Bakterien scheint die Aktivierung von Thrombozyten und Freisetzung anti-mikrobieller Peptiden aus den Granula ein wichtiger Bestandteil der direkten Pathogenabwehr durch Thrombozyten zu sein. Hierbei führt die Interaktion mit S. aureus direkt zu einer starken pathogen-induzierten Thrombozytenaktivierung, während bei Gram-negativen Organismen wie E. coli eine Verstärkung durch die Opsonierung mit PF4 und anti-PF4/H IgG notwendig scheint. Vermutlich ist die Bindung von PF4 und anti-PF4/H IgG an Gram-positive Bakterien von größerer Bedeutung für die Opsonierung für andere Immunzellen als für den direkten bakteriziden Effekt der Thrombozyten.
Der Gram-positive S. pneumoniae führt durch Funktionsstörung und Exposition von Phosphatidylserin zu einer Schädigung der Thrombozyten. Dieser schädigende Effekt auf Thrombozyten durch S. pneumoniae wird unter anderem durch Pneumolysin, ein porenbildendes Toxin der Pneumokokken, vermittelt. Dieses induziert bereits in geringen Konzentrationen die Porenbildung in der Thrombozytenmembran und führt zur Induktion von Apoptose.
In der Arbeit konnten die initialen Fragestellungen folgendermaßen beantwortet werden:
1.Thrombozyten können einen direkten schädigenden Effekt auf Gram-positive Bakterien vermitteln.
2.PF4 und anti-PF4/Polyanion IgG spielen in der direkten Thrombozyten-vermittelten Pathogenabwehr bei Gram-positiven Erregern, trotz der Bindung an Gram-positive Bakterien, eine untergeordnete Rolle. Sie verstärken weder die Thrombozyten-aktivierung noch den anti-bakteriellen Effekt.
3.Die Auswirkung der Co-Inkubation mit Bakterien auf die Thrombozyten ist heterogen und abhängig vom untersuchten Bakterienstamm. Es kommt zur Aktivierung der Thrombozyten durch S. aureus und zur Schädigung der Thrombozyten durch S. pneumoniae.
Pentathiepins are polysulfur-containing compounds that exert antiproliferative and cytotoxic activity in cancer cells, induce oxidative stress and apoptosis, and inhibit glutathione peroxidase (GPx1). This renders them promising candidates for anticancer drug development. However, the biological effects and how they intertwine have not yet been systematically assessed in diverse cancer cell lines. In this study, six novel pentathiepins were synthesized to suit particular requirements such as fluorescent properties or improved water solubility. Structural elucidation by X-ray crystallography was successful for three derivatives. All six underwent extensive biological evaluation in 14 human cancer cell lines. These studies included investigating the inhibition of GPx1 and cell proliferation, cytotoxicity, and the induction of ROS and DNA strand breaks. Furthermore, selected hallmarks of apoptosis and the impact on cell cycle progression were studied. All six pentathiepins exerted high cytotoxic and antiproliferative activity, while five also strongly inhibited GPx1. There is a clear connection between the potential to provoke oxidative stress and damage to DNA in the form of single- and double-strand breaks. Additionally, these studies support apoptosis but not ferroptosis as the mechanism of cell death in some of the cell lines. As the various pentathiepins give rise to different biological responses, modulation of the biological effects depends on the distinct chemical structures fused to the sulfur ring. This may allow for an optimization of the anticancer activity of pentathiepins in the future.
Pentathiepins are cyclic polysulfides that exert antiproliferative and cytotoxic activity in cancer cells, induce oxidative stress and apoptosis, and potently inhibit GPx1. These properties render this class of compounds promising candidates for the development of anticancer drugs. However, the biological effects and how they intertwine to promote high cytotoxicity have not been systematically assessed throughout a panel of cancer cell lines from distinct tissues of origin. In this thesis, six novel pentathiepins were analyzed and constitute the second generation of compounds with additional properties such as fluorescence or improved water solubility to facilitate cellular testing. All compounds underwent extensive biological evaluation in 14 human cancer cell lines. These studies included investigations of the inhibitory potential with regards to GPx1 and cell proliferation, examined the cytotoxicity in human cancer cell lines, as well as the induction of oxidative stress and DNA strand breaks. Furthermore, selected hallmarks of apoptosis, ferroptosis, and autophagy were studied. Experimental approaches regarding these cellular mechanisms included observing morphological changes, detecting phosphatidyl serine exposure and caspase activity, and quantifying cleaved PARP1 and levels of LC3B II. In addition, the analysis of the cell cycle aimed to identify aberrations or arrests in cell division.
Five of the six tested pentathiepins proved to be potent inhibitors of the GPx1, while all six exerted high cytotoxic and antiproliferative activity, although to different extents. There was a clear connection observed between the potential to provoke oxidative stress and damage to DNA in the form of single- and double-strand breaks both extra- and intracellularly. Furthermore, various experiments supported apoptosis but not ferroptosis as the mechanism of cell death in four different cell lines. In particular, the externalization of PS, the detection of activated caspases, and the cleavage of PARP1 corroborated this conclusion. Additionally, indications for autophagy were found, but more investigations are required to verify the current data. The findings of this dissertation are mainly in line with the postulated mechanism of action proposed for pentathiepins and a previous publication from our group that described their biological activity. However, the influence of modulators such as oxygen and GSH on the biological effects was ambiguous and dependent on the compound. The expression profile of the cell lines concerning GPx1 and CAT did not influence the cellular response toward the treatment, whereas the cell doubling time correlated with the cytotoxicity.
As the various pentathiepins give rise to different biological responses, modulation of the biological effects depends on the distinct chemical structures fused to the sulfur ring. This may allow for future optimization of the anticancer activity of pentathiepins. An analysis of the structure-activity relationships revealed that the piperazine scaffold was associated with superior biological activity compared to the pyrrolo-pyrazine backbone. Furthermore, substituents with electron-withdrawing properties or those providing a free electron pair, such as fluorine or morpholine, were advantageous. These findings should help design and synthesize the next generation of pentathiepins, thereby expanding the library of compounds, allowing for the further deduction of structure-activity relationships and an improved understanding of their mechanism of action.
The genus Capripoxvirus of the family Poxviridae consists of the species lumpy skin disease virus, sheeppox virus and goatpox virus that affect cattle, sheep and goats, respectively. Whereas lumpy skin disease virus (LSDV) is transmitted mainly mechanically via blood-feeding insects and possibly hard ticks, the major transmission routes of sheeppox virus (SPPV) and goatpox virus (GTPV) are via direct contact and aerosols. Affected animals develop fever and display clinical signs such as ocular and nasal discharge, lymphadenopathy and characteristic lesions of the skin. Severe clinical course, especially in combination with respiratory signs, can result in the death of the affected animals. In endemic regions, mortality of capripox virus-induced diseases is low (1-10%). However, mortalities of up to 75% have been reported for LSDV and up to 100% for SPPV and GTPV in exotic breeds and high-producing dairy or beef animals. The loss of quality of the leather, reduced weight gain and milk yield as well as complete loss of affected animals have severe impact on national and global economies. Therefore, capripox virus-induced diseases have significant impact on both the affected individual animal as well as on the existence of small-scale farmers and large agricultural enterprises. However, until now, only live attenuated vaccines are commercially available. These attenuated vaccines are not authorized in the European Union and their administration would comprise the disease-free status of the respective country. Thus, reliable diagnostic tools for the detection and characterization of capripox viruses as well as safe and efficient control measures are of high importance.
The objectives of the present thesis were the development, validation and comparison of diagnostic tools, the establishment of challenge infection models and the performance of pathogenesis studies for all three capripox virus species, and the development and testing of different inactivated prototype vaccine candidates against LSDV.
First, new real-time quantitative polymerase chain reaction (qPCR) assays for robust detection and differentiation of LSDV field strains, LSDV vaccine strains, SPPV and GTPV were developed and extensively validated. In the following, two single assays were combined to duplex assays, one for the differentiation between LSDV field strains and LSDV vaccine strains, and the second for discrimination of SPPV and GTPV. Finally, a diagnostic workflow based on these new duplex assays in combination with already published methods was established. This workflow enables time-saving, robust and reliable detection, species-specific identification and genetic and phylogenetic characterization of all three capripox virus species. In addition, already existing serological examination methods (serum neutralization assay and commercial enzyme-linked immunosorbent assay) were compared regarding their sensitivity and specificity. Furthermore, pathogenesis studies with different capripox virus isolates were performed in the respective target species, and the suitability of selected virus isolates as challenge viruses for future vaccine studies was analyzed. Pathogenesis studies with isolates GTPV-“V/103” and LSDV-“Macedonia2016” revealed that both are proper candidates for challenge models. Finally, three different SPPV isolates (SPPV-“V/104”, SPPV-“India/2013/Surankote” and SPPV-“Egypt/2018”) were tested in sheep regarding their virulence to find a suitable challenge model for SPPV, and SPPV-“India/2013/Surankote” was chosen for future vaccine studies.
Once appropriate challenge models were established, different inactivated prototype vaccines against LSDV were developed, and vaccine safety as well as vaccine efficacy were tested in cattle. Eventually, a Polygen-adjuvanted inactivated LSDV-vaccine candidate was selected that is able to fully prevent cattle from any LSDV-related clinical signs after severe challenge infection. Furthermore, molecular and serological data indicate that this inactivated prototype vaccine is even able to induce a kind of “sterile immunity” against LSDV in those cattle. It has to be mentioned that a commercially available vaccine similar to this prototype vaccine would be a great advance for the control of LSDV.
In the future, additional studies addressing diagnostics and optimized control of capripox viruses should be performed. Firstly, probe-based real-time qPCR assays for the differentiation of SPPV and GTPV vaccine strains from their respective virulent field strains should be developed and included into the diagnostic workflow. Secondly, further tests of the inactivated prototype vaccine, e.g. determination of the minimum protective dose and the possibility of cross-protection in sheep and goats against SPPV and GTPV, respectively, should be performed.
Simple Summary
This German multicenter study investigated the importance of different supportive measures offered to patients with prostate cancer who undergo surgery (radical prostatectomy). A number of these supportive measures are required during the certification of a urologic hospital as prostate cancer center. However, a broad scientific basis evaluating these measures from the patient’s perspective is still lacking. In this study, patients were asked to rate the relevance of several supportive measures and to estimate the effective availability of these different supportive measures at their urologic clinic about 15 months after surgery. Our study highlights that only six of fifteen different supportive measures were rated as very relevant by patients. None of these six supportive measures were offered more intensively at the certified clinics compared to the non-certified clinics according to the patients. Our study helps to identify those supportive measures with the highest subjective impact on patients in this setting.
Abstract
Certification as a prostate cancer center requires the offer of several supportive measures to patients undergoing radical prostatectomy (RP). However, it remains unclear how patients estimate the relevance of these measures and whether the availability of these measures differs between certified prostate cancer centers (CERTs) and non-certified centers (NCERTs). In 20 German urologic centers, a survey comprising questions on the relevance of 15 supportive measures was sent to 1000 patients at a median of 15 months after RP. Additionally, patients were asked to rate the availability of these measures using a four-item Likert scale. The aim of this study was to compare these ratings between CERTs and NCERTs. The response rate was 75.0%. In total, 480 patients underwent surgery in CERTs, and 270 in NCERTs. Patients rated 6/15 supportive measures as very relevant: preoperative medical counselling concerning treatment options, a preoperative briefing answering last questions, preoperative pelvic floor exercises (PFEs), postoperative PFEs, postoperative social support, and postoperative rehabilitation addressing physical fitness recovery. These ratings showed no significant difference between CERTs and NCERTs (p = 0.133–0.676). In addition, 4/9 of the remaining criteria were rated as more detailed by patients in CERTs. IMPROVE represents the first study worldwide to evaluate a patient-reported assessment of the supportive measures accompanying RP. Pertinent offers vary marginally between CERTs and NCERTs.
Simple Summary
This multicenter study investigated the extent of patient’s decision regret (PatR) in patients with prostate cancer comparing different surgical modalities. Robot-assisted radical prostatectomy has replaced open radical prostatectomy as the surgical standard of care in many countries worldwide. However, a broad scientific basis evaluating the difference in patient-relevant outcomes between both approaches is still lacking. In this context, PatR is increasingly moving into the scientific focus. Our study shows a critical PatR in slightly more than one third of patients about 15 months after surgery. Patients who underwent robot-assisted surgery, and also patients without postoperative urinary stress incontinence, report significantly lower PatR. Likewise, this difference was also demonstrated for patients who decided together with their treating physician on the specific surgical procedure (consensual decision making). Our study helps to further establish PatR as an important endpoint in the setting of radical prostatectomy and identifies criteria which may be addressed to reduce PatR.
Abstract
Patient’s regret (PatR) concerning the choice of therapy represents a crucial endpoint for treatment evaluation after radical prostatectomy (RP) for prostate cancer (PCA). This study aims to compare PatR following robot-assisted (RARP) and open surgical approach (ORP). A survey comprising perioperative-functional criteria was sent to 1000 patients in 20 German centers at a median of 15 months after RP. Surgery-related items were collected from participating centers. To calculate PatR differences between approaches, a multivariate regressive base model (MVBM) was established incorporating surgical approach and demographic, center-specific, and tumor-specific criteria not primarily affected by surgical approach. An extended model (MVEM) was further adjusted by variables potentially affected by surgical approach. PatR was based on five validated questions ranging 0–100 (cutoff >15 defined as critical PatR). The response rate was 75.0%. After exclusion of patients with laparoscopic RP or stage M1b/c, the study cohort comprised 277/365 ORP/RARP patients. ORP/RARP patients had a median PatR of 15/10 (p < 0.001) and 46.2%/28.1% had a PatR >15, respectively (p < 0.001). Based on the MVBM, RARP patients showed PatR >15 relative 46.8% less frequently (p < 0.001). Consensual decision making regarding surgical approach independently reduced PatR. With the MVEM, the independent impact of both surgical approach and of consensual decision making was confirmed. This study involving centers of different care levels showed significantly lower PatR following RARP.
Fragestellung:In der vorliegenden Dissertation wurde unter Verwendung eines psychophysiologischen Paradigmas zur präattentiven Aufmerksamkeit sowie neuropsychologischer Tests zur kontrollierten Aufmerksamkeit schizophrene Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollen unter Beachtung einer Vielzahl soziodemografischer und klinischer Einflussfaktoren im Quer- und im Längsschnitt untersucht. Eine gestörte Informationsverarbeitung gilt als pathogenetischer Faktor der schizophrenen Erkrankung und bildete den theoretischen Rahmen. Von weiterem Interesse war der Zusammenhang zwischen präattentiver und kontrollierter Aufmerksamkeit im Sinne konvergenter und diskriminanter Konstruktvalidität. Methode:Die Untersuchung folgte dem Behandlungsverlauf schizophrener Patienten, die erstmalig bei Klinikaufnahme und nach vier Wochen stationärer Behandlung untersucht wurden. Präattentive Aufmerksamkeit wurde mithilfe der Präpulsinhibition der Schreckreaktion (PPI) unter Verwendung der stimulus onset asynchronies(SOAs) 30, 60, 90, 120, 240ms und kontrollierte Aufmerksamkeit mithilfe der Tests geteilte Aufmerksamkeit und Reaktionswechsel aus der Testbatterie zur Aufmerksamkeitsprüfung (TAP) operationalisiert. Für die Auswertung der neuropsychologischen Tests wurde DPrime als Maß für die Reaktionsgenauigkeit und der Median der Reaktionszeiten in ms als Maß für die Reaktionsgeschwindigkeit verwendet. In der Querschnittsanalyse wurden 33 schizophrene Probanden und 33 gesunde Kontrollen und in der Längsschnittanalyse wurden 13 schizophrene Probanden und 17 ge-sunde Kontrollen jeweils vergleichbarer Bildung untersucht. Für die Zusammenhangsanalyse zwischen PPI und kontrollierter Aufmerksamkeit standen die Tests „geteilte Aufmerksam-keit“, „Aufmerksamkeitswechsel“ sowie „Arbeitsgedächtnis“ von 33 gesunden Probanden und 26 schizophrenen Patienten zur Verfügung. Ergebnisse:In der Querschnittsanalyse konnte nur für mehrfacherkrankte und medikamentös vorbehandelte Patienten psychophysiologische und neuropsychologische Defizite im Vergleich zu gesunden Kontrollen gefunden wer-den. Alter, Geschlecht und Nikotinkonsum stellten neben vereinzelten Einflüssen keine profunden Moderatorvariablen dar, was auch für klinische Variablen wie die Medikamentendo-sis, das Ersterkrankungsalter und die Psychopathologie galt. Das SOA 60ms wies einen ne-gativen Zusammenhang zur Anzahl der stationären Aufenthalte auf. Zwischen Kontrollen und Ersterkrankten ergaben sich keine Unterschiede in der PPI, beide schnitten signifikant besser als mehrfacherkrankte Patienten ab. Für die Neuropsychologie war die medikamentöse Vorbehandlung unabhängig von der Medikamentendosis und der Erkrankungsdauer der entscheidende Nachteil. Die Art des Neuroleptikums hatte keinen Einfluss. Die Befunde ließen sich in der Tendenz in der verringerten Verlaufsstichprobe replizieren. Die PPI erwies sich für Kontrollen als reliabel mit einer IKK von .687 für das SOA 60ms und einer IKK von .740 für das SOA 120ms, welches für die Patientengruppe nicht nachgewiesen werden konnte. Dort zeigte sich in der Tendenz mehr Bewegung dergestalt, dass Probanden mit einer hohen PPI, die sich sowohl in der Kontroll- als auch in der Patientengruppe fanden, leicht verringerte und Probanden mit einer niedrigen PPI, die eher in der Gruppe der Patienten ver-treten waren, leicht erhöhte Werte nach 4 Wochen aufwiesen. In den neuropsychologischen Tests geteilte Aufmerksamkeit und Reaktionswechsel verbesserten sich Kontrollen und Patienten gleichermaßen. Zwischen zum Aufnahmezeitpunkt unbehandelten Patienten und Kontrollen wurde erneut kein Gruppenunterschied signifikant. Auch in der Längsschnittanalyse war für die Variablen Alter, Geschlecht und Nikotinkonsum sowie für die Medikamentendo-sis und die Psychopathologie kein konsistenter Einfluss auf Psychophysiologie oder Neuropsychologie nachweisbar. Zwischen dem SOA 60ms und dem Kennwert Reaktionsgenauigkeit im Test geteilte Aufmerksamkeit wurde ein positiver korrelativer Zusammenhang nur in der Patientengruppe gefunden. Dieses Ergebnis wird kritisch diskutiert, da auch ein Zusammenhang in der Kontrollgruppe und v.a. für das durch Aufmerksamkeit modulierbare SOA 120ms erwartet worden wäre. Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse sind eingebettet in Literatur, die zeigen konnte, dass die vielfach beschriebenen Defizite in der Informationsverarbeitung schizophrener Patienten oder ihrer Angehörigen auch zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht unabhängig von verschiedenen Einflussgrößen zu bewerten sind. Die Diskussion, ob es sich bei kognitiven Defiziten schizophrener Patienten um state oder um trait marker handelt, ist weiterhin offen. Aufklärung kann von Studien erwartet werden, die gesunde Kontrollen und Patienten vergleichbarer Bildung unter Berücksichtigung der individuellen Krankheits- und Behandlungsgeschichte untersuchen. Die Verwendung multipler psycho-physiologischer und neuropsychologischer Paradigmen im Sinne eines Multitrait- Multimethod Ansatzes würde in zukünftigen Studien validere Aussagen ermöglichen.
The multidrug resistance protein 4 (MRP4) is highly expressed in platelets and several lines of evidence point to an impact on platelet function. MRP4 represents a transporter for cyclic nucleotides as well as for certain lipid mediators. The aim of the present study was to comprehensively characterize the effect of a short-time specific pharmacological inhibition of MRP4 on signaling pathways in platelets. Transport assays in isolated membrane vesicles showed a concentrationdependent inhibition of MRP4-mediated transport of cyclic nucleotides, thromboxane (Tx)B2 and fluorescein (FITC)- labeled sphingosine-1-phosphate (S1P) by the selective MRP4 inhibitor Ceefourin-1. In ex vivo aggregometry studies in human platelets, Ceefourin-1 significantly inhibited platelet aggregation by about 30-50% when ADP or collagen was used as activating agents, respectively. Ceefourin-1 significantly lowered the ADP-induced activation of integrin aIIbb3, indicated by binding of FITC-fibrinogen (about 50% reduction at 50 mM Ceefourin-1), and reduced calcium influx. Furthermore, pre-incubation with Ceefourin-1 significantly increased PGE1- and cinaciguat-induced vasodilatorstimulated phosphoprotein (VASP) phosphorylation, indicating increased cytosolic cAMP as well as cGMP concentrations, respectively. The release of TxB2 from activated human platelets was also attenuated. Finally, selective MRP4 inhibition significantly reduced both the total area covered by thrombi and the average thrombus size by about 40% in a flow chamber model. In conclusion, selective MRP4 inhibition causes reduced platelet adhesion and thrombus formation under flow conditions. This finding is mechanistically supported by inhibition of integrin aIIbb3 activation, elevated VASP phosphorylation and reduced calcium influx, based on inhibited cyclic nucleotide and thromboxane transport as well as possible further mechanisms.
This thesis describes the implementation and first on-line application of a multi-reflection time-of-flight (MR-ToF) mass analyzer for high-resolution mass separation at the ISOLTRAP mass spectrometer at ISOLDE/CERN. On the one hand, the major objective was to improve ISOLTRAPs mass-measurement capabilities with respect to the ratio of delivered contaminating ions to ions of interest. On the other hand, the time necessary to purify wanted from unwanted species should be reduced as much as possible to enable access to even more exotic nuclei. The device has been set up, optimized and tested at the University of Greifswald before its move to ISOLTRAP. The achieved performance comprises mass resolving powers of up to 200000 reached at observation times of 30ms and a contamination suppression of about four orders of magnitude by use of a Bradbury-Nielsen gate. With the characteristics, it outperforms clearly the so far state-of-the-art purification method of a gas-filled Penning trap. To improve the utilization of the MR-ToF mass analyzer, the in-trap lift method has been developed. It simplifies the application and optimization of the device, which is a crucial time factor in an on-line experiment. The device was the first of its kind successfully applied to radioactive ion beams for a mass analysis, for a mass separation (in combination with the Bradbury-Nielsen gate) as a preparatory step for a subsequent Penning-trap mass measurement and as a high-precision mass spectrometer of its own. The later was recently used for the first mass measurement of the neutron-rich calcium isotopes 53Ca and 54Ca. The so-far achieved mass-resolving power of 200000 belongs to the highest reported for time-of-flight mass analyzers at all. The first successful application of the MR-ToF system as the only mass separator at ISOLTRAP resulted in the mass measurement of 82Zn. The new mass value has been compared to mass extrapolations of the most recent Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) mass models, HFB-19 to HFB-21, of the BRUSLIB collaboration. The mass of the nuclide is of high interest for the compositions and depth profile of the outer crust of neutron stars. In the classical model of the outer crust of a cold, non-accrediting and non-rotating neutron star, the sequence of nuclides found within this parts is determined mainly by the binding energy of exotic nuclides. The crustal compositions determined with the three HFB mass models differed with respect to the appearance of a layer of 82Zn, originating from different mass extrapolations of this mass. With the new experimental data, the extrapolations could be evaluated. It was found that the HFB-21 mass value differs less from the experimental data than the ones from HFB-19 and 20. Therefore, in the classical model, 82Zn does not appear anymore in the outer crust. Due to its high resolution and very fast measurement time, the MR-ToF mass analyzer will be an important instruments for future activities at ISOLTRAP, at the ISOLDE facility in general, and at other radioactive ion-beam facilities.
Diese Arbeit beschreibt den Aufbau eines Assays zur Selektion eines Ribozyms, welches die Desaminierung von Adenosin zu Inosin katalysiert. Diese Reaktion spielt im Organismus, wo sie proteinkatalysiert abläuft, eine wichtige Rolle (Nukleotidmetabolismus, RNA-Editing). Zusätzlich besitzt ein solches Ribozym das Potenzial zur gezielten Veränderung von RNA-Sequenzen. Das Projekt hat somit evolutionstheoretische (RNA-Welt-Hypothese) als auch gentherapeutische Relevanz. Zentraler Punkt des vorgestellten Assays ist die Markierung einer Mischung verschiedener RNA-Sequenzen (= Bibliothek) mit dem Substrat Adenosin. Dieses trägt an der exozyklischen Aminogruppe eine Biotinfunktion. Wird diese Bibliothek auf einer festen Phase über die Biotin/Streptavidin-Wechselwirkung immobilisiert und den Selektionsbedingungen unterworfen, werden Spezies mit der gewünschten Aktivität in Lösung entlassen. Diese können eluiert und über RT-PCR angereichert werden. Die Funktionalisierung der RNA-Bibliothek geschieht am 5’-Ende jeder Sequenz durch Transkriptionspriming aus einer chemisch synthetisierten DNA-Bibliothek in Gegenwart der vier NTPs und eines Guanosin-5’-monophosphatderivats, dem „Initiator“. Letzteres ist über die 5’-Phosphatfunktion mit dem biotinylierten Substrat Adenosin verknüpft. Das Initiatormolekül wurde in zwei Strategien synthetisiert. Die erste Strategie fand an der festen Phase unter Verwendung des Phosphoramiditverfahrens statt und lieferte Initiator in nanomolarem Maßstab. Die zweite Strategie bestand aus einer 17-stufigen Synthese in Lösung und ergab fast identisches Initiatormolekül in µmolarem Maßstab. Beide Initiatormoleküle wurden erfolgreich zur Funktionalisierung einer RNA eingesetzt. Zur qualitativen Dokumentation des Einbaus des Initiators wurde eine auf Chemilumineszenzdetektion basierende Methode entwickelt. Dabei wurden die Transkriptionsprodukte auf eine Nylonmembran immobilisiert und mit einem Fusionsprotein aus Alkalischer Phosphatase und Streptavidin inkubiert, welches spezifisch den Biotinrest bindet. Durch Zugabe eines möglichen Substrats der Alkalischen Phosphatase wird ein Chemilumineszenzsignal erzeugt, was über einen Röntgenfilm dokumentiert wurde. Dieser qualitative Nachweis wurde erweitert, um die Einbaueffizienz zu quantifizieren. Dazu wurde eine RNA, welche zu 100% mit dem Initiatormolekül markiert war, mit Hilfe des Phosphoramiditverfahrens hergestellt. Diese als Standard fungierende RNA wurde in definierter Menge zusammen mit definierten Mengen an statistisch funktionalisierten Primingprodukt geblottet. Die Quantifizierung der Chemilumineszenz der Proben erfolgte mit Hilfe eines Photosystems und durch Integration der Signalintensitäten. Dadurch konnte der Anteil der in den durchgeführten Primingreaktionen mit Initiator markierten RNA zu maximal 3 % bestimmt werden. Obwohl eine Erhöhung dieses Wertes z.B. durch Optimierung der Initiatorstruktur wünschenswert ist, ist damit die Funktionalisierung einer RNA-Bibliothek in einer für die Selektion ausreichenden Menge durchaus möglich. Zur Evaluation des Assays wurde der Selektionsschritt simuliert, in welchem ein über das Initiatormolekül festphasengebundenes Ribozym spezifisch zur Selbstspaltung aktiviert wird. Zu diesem Zweck wurden ein Hammerheadriboyzm, ein Hairpinribozym sowie ein DNAzym untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die Spaltaktivität aller drei Systeme durch Funktionalisierung mit dem Initiator in Lösung fast vollständig inhibiert wird, unmarkierte Spezies unter identischen Bedingungen jedoch uneingeschränkte Spaltaktivität zeigen. Die beobachtete Inhibierung beruht auf einem intramolekularen Effekt, der möglicherweise zu einer Verschiebung des Konformerengleichgewichts der Testsysteme hin zu spaltinaktiven Konformeren führt. Zusätzlich wurde die Spaltaktivität des mit Initiator markierten und an einer Festphase immobilisierten Hairpinribozyms untersucht. Auch hier war eine stark verringerte Spaltaktivität zu beobachten, welche jedoch in unspezifischen Wechselwirkungen zwischen Festphase und Ribozym begründet liegen könnten. Die verwendeten Systeme eignen sich offenbar nicht zur Evaluierung des Assays, was jedoch die Möglichkeit offen lässt, dass im geplanten Assay selektierte RNA-Sequenzen die Funktionalisierung mit Initiator tolerieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit erlauben den Schluss, dass die gewählte Strategie zur Selektion der Adenosindesaminase einige Punkte beinhaltet, welche nach Möglichkeit optimiert werden müssen, um eine effizientere Selektion durchführen zu können. Prinzipiell ist die Vorraussetzung für die Selektion der Adenosindesaminase durch die beschriebene Methode jedoch geschaffen und kann basierend auf den vorgestellten Ergebnissen in zukünftigen Studien durchgeführt werden.
Urbanization is a major contributor to the loss of biodiversity. Its rapid progress is mostly at the expense of natural ecosystems and the species inhabiting them. While some species can adjust quickly and thrive in cities, many others cannot. To support biodiversity conservation and guide management decisions in urban areas, it is important to find robust methods to estimate the urban affinity of species (i.e. their tendency to live in urban areas) and understand how it is associated with their traits. Since previous studies mainly relied on discrete classifications of species' urban affinity, often involving inconsistent assessments or variable parameters, their results were difficult to compare. To address this issue, we developed and evaluated a set of continuous indices that quantify species' urban affinity based on publicly available occurrence data. We investigated the extent to which a species' position along the urban affinity gradient depends on the chosen index and how this choice affects inferences about the relationship between urban affinity and a set of morphological, sensory and functional traits. While these indices are applicable to a wide range of taxonomic groups, we examined their performance using a global set of 356 bat species. As bats vary in sensitivity to anthropogenic disturbances, they provide an interesting case study. We found that different types of indices resulted in different rankings of species on the urban affinity spectrum, but this had little effect on the association of traits with urban affinity. Our results suggest that bat species predisposed to urban life are characterized by low echolocation call frequencies, relatively long call durations, small body size and flexibility in the selection of the roost type. We conclude that simple indices are appropriate and practical, and propose to apply them to more taxa to improve our understanding of how urbanization favours or filters species with particular traits.
Bei der juvenilen idiopathischen Arthritis (JIA) handelt es sich um eine multifaktorielle, polygene Autoimmunerkrankung, in deren Pathogenese T-Zellen eine wichtige Rolle spielen. Das cytotoxische T-Lymphozyten-Antigen-4 (CTLA-4) als Oberflächenmolekül auf aktivierten T-Zellen hat negativ-regulatorische Wirkung und supprimiert eine überschießende Immunantwort. Assoziationen verschiedener Single Nucleotid Polymorphisms (SNPs) im Gen des CTLA-4 zu unterschiedlichen Autoimmunerkrankungen sind vorbeschrieben. Ziel dieser Arbeit war es den Einfluss zweier ausgewählter Polymorphismen des CTLA-4 Gens (-318 Promotor C/T und +49 Exon 1 A/G) auf die Ausprägung der JIA und ihrer Unterformen zu untersuchen. 844 DNA-Proben von JIA-Patienten, sowie insgesamt 662 Kontrollen wurden genotypisiert. Die Kontrollgruppe setzte sich aus 500 lokalen Individuen der Region Vorpommern und 162 Personen aus ganz Deutschland zusammen. Die Genotypisierung erfolgte mittels Allelspezifischer Duplex-PCR und anschließender Gelelektrophorese. Beim Vergleich der JIA-Patienten mit der Kontrollgruppe konnte für die Psoriasisarthritis eine Assoziation für den -318 C/T SNP nachgewiesen werden. Für den +49 A/G SNP war keine Assoziation zu finden. Die Allelverteilung der JIA-Patienten zeigte eine nicht signifikante Häufung des A+49-Allels bei Psoriasisarthritis und Enthesitis-assoziierter Arthritis sowie einen signifikanten Zusammenhang des T-318-Allels bei Psoriasisarthritis. Bei Betrachtung der Allel- und Genotypverteilung der untersuchten SNPs in verschiedenen Regionen, Ländern und Ethnien in Daten der Literatur fiel eine große Variabilität, vor allem des +49-Exonpolymorphismuses auf. Weiterhin konnte ein vorbeschriebenes Linkage Disequilibrium, im Sinne einer genetische Kopplung, für die beiden untersuchten Polymorphismen bestätigt werden. Zur funktionellen und klinischen Bedeutung der von uns gefundenen Assoziation zwischen dem -318 C/T SNP und Psoriarisarthritis sind noch weitere Untersuchungen mit größeren Fallzahlen notwendig. Wichtig ist aufgrund der breiten Variabilität der Genotypverteilung in verschiedenen Ethnien, Ländern und Regionen adäquat passende Patienten- und Kontrollgruppen zu wählen. Aufgrund des Linkage Disequilibriums der beiden untersuchten Genorte empfehlen sich für weitere Studien Haplotypanalysen.
Staphylococcus aureus ist einer der bedeutendsten Erreger von Infektionen der Milchdrüse (Mastitis). In dieser Arbeit wurden 16 S. aureus-Isolate aus bovinen Mastitisinfektionen unterschiedlicher geografischer Herkunft umfassend charakterisiert, um tiefere Einblicke in die Wirtsspezifität von S. aureus zu erlangen. Das bovine Mastitisisolat S. aureus RF122, dessen Genomsequenz seit kurzem verfügbar ist, wurde zum Vergleich in die Studien einbezogen. Mittels Multilocus Sequence Typing wurde die klonale Verwandtschaft der Stämme analysiert und ihre Zugehörigkeit zu bestimmten Sequenztypen bzw. klonalen Komplexen ermittelt, von denen einige unter bovinen S. aureus-Isolaten weltweit sehr verbreitet sind.Zum Nachweis von virulenz- und resistenzassoziierten Genen, sowie regulatorischen und speziesspezifischen Markergenen wurde ein diagnostischer DNA-Microarray eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass das individuelle Profil der Isolate sehr stark variierte und sich selbst Stämme mit dem gleichen Sequenztyp in ihrem variablen Genom teilweise erheblich unterschieden. Nur 43 Gene, die u.a. für Hämolysine, Proteasen, Leukocidine kodieren, waren in allen Stämmen konserviert. Es wurde auch die Existenz einiger als bovin-spezifisch angesehener Gene, bzw. die Abwesenheit humanspezifischer Gene nachgewiesen. Zusätzlich wurde die Expression von Virulenzfaktoren mittels 2D-Gelelektrophorese und massenspektrometrischer Identifizierung analysiert. Wie erwartet unterschieden sich die extrazellulären Proteommuster der einzelnen Stämme stark. Nur zwölf sekretierte Proteine wurden (in unterschiedlicher Menge) von mindestens 80 % der bovinen Isolate gebildet, und bilden das sogenannte „Core-Exoproteom“. Auch Isolate mit nahezu identischer genetischer Zusammensetzung unterschieden sich z.T. erheblich in ihrem Exoproteom, was sehr gut mit der Transkription des Virulenzgenregulators RNAIII korrelierte. Weiterhin wurde die mitogene Wirkung der Kulturüberstände auf humane und bovine PBMC (mononukleäre Zellen aus peripherem Blut) untersucht. Dabei fiel auf, dass zwei Isolate, welche Gene der bovinen Pathogenitätsinsel SaPIbov trugen, bovine T-Zellen stärker als humane stimulierten, was auf wirtsspezifische Unterschiede in der Aktivität dieser Superantigene hindeutet. Schließlich konnten durch den Vergleich mit S. aureus-Isolaten aus humanen Infektionen bestimmte Proteine ermittelt werden, die häufiger mit einem bestimmten Wirt assoziiert sind. Die Variabilität in der Expressionshäufigkeit dieser Proteine könnte mit der Wirtsspezifität von S. aureus im Zusammenhang stehen. Als pathogener Mikroorganismus ist S. aureus hohen Konzentrationen an reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies (ROS und RNS) ausgesetzt, die im Rahmen der unspezifischen Wirts-Immunantwort gebildet werden. Um das Verständnis über seine Anpassungsstrategien zu erweitern, wurden vier Substanzen, die oxidativen bzw. nitrosativen Stress verursachen, eingesetzt: Wasserstoffperoxid (H2O2), eine Vorstufe des stark toxischen Hydroxylradikals; Diamid, ein spezifisches Thiol-Oxidationsmittel, die Superoxidanion-generierende Substanz Paraquat, sowie der NO-Donor MAHMA NONOate. Für jeden Stressor wurden Proteomsignaturen durch Auftrennung der cytoplasmatischen Proteine mittels 2D-Proteingelelektrophorese und anschließender massenspektrometrischer Identifizierung erstellt. Die zu verschiedenen Zeitpunkten nach Stressauslösung neu synthetisierten Proteine wurden mittels L-[35S]-Methionin radioaktiv markiert und quantifiziert. Mindestens zweifach induzierte Proteine wurden als Markerproteine für einen bestimmten Stressor definiert. Durch Zugabe von 10 mM H2O2 wurden verstärkt Proteine synthetisiert, die an Synthese, Reparatur oder Schutz von Nukleinsäuren oder DNA beteiligt sind, was bestätigt, dass die DNA ein Hauptziel H2O2-induzierter Schädigung ist. Unter Einfluss von 10 nM Paraquat wurden Proteine mit sehr unterschiedlichen biologischen Funktionen, wie z.B. Aminosäuresyntheseenzyme und Cofaktoren, induziert. Der durch 1 mM Diamid induzierte Thiolstress führte wie erwartet zur verstärkten Neusynthese CtsR und HrcA-kontrollierter Chaperone und Proteasen, was auf die Akkumulation fehlgefalteter Proteine hindeutet, die höchstwahrscheinlich durch nichtnative Disulfidbrücken an den Thiolgruppen der Cysteinreste entstanden sind. Die Induktion von Peroxiredoxinen und einer Thioredoxinreduktase lassen auf ein gestörtes Redoxgleichgewicht in der Zelle schließen. Die Effekte von NO ähnelten denen, die auch unter Sauerstofflimitation beobachteten wurden. Viele Markerproteine sind in Glykolyse und Fermentation involviert und durch Nachweis der entsprechenden Fermentationsprodukte konnte eine höhere Aktivität fermentativer Stoffwechselwege bestätigt werden. Die Fähigkeit, unter Einfluss von NO auf anaeroben Metabolismus umzuschalten, könnte ein entscheidender Vorteil von S. aureus und essentiell für seine höhere Resistenz gegenüber NO sein.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Zusammenhang zwischen anteriorem Kopfbiss, anteriorem Kreuzbiss, tiefem Biss und der Kiefergelenksmorphologie in der Vertikalebene mit Hilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) zu überprüfen. Eine Gruppe von 148 Teilnehmern (90 Frauen, 58 Männer) der bevölkerungsrepräsentativen Studie „Leben und Gesundheit in Vorpommern“ (Study of Health in Pomerania - SHIP) wurde für diese Untersuchung zugelassen. Jeder Teilnehmer wurde dabei einer klinischen kieferorthopädischen Untersuchung nach zuvor festgelegtem Verfahren unterzogen. Die Magnetresonanztomogramme wurden mit Hilfe von vier linearen Messungen und einer Verhältnisvariable untersucht. Als statistische Methode wurde die lineare Regression angewandt, um den Einfluss von anteriorem Kopfbiss, anteriorem Kreuzbiss und tiefem Biss auf die Kiefergelenksmorphologie zu bestimmen. Die Analysen waren dabei nach Geschlecht, Alter, Schulbildung und vorangegangener kieferorthopädischer Behandlung adjustiert. Bei frontalem Kopf-/ Kreuzbiss war die Verringerung der Tuberkulumhöhe (eh) auf beiden Gelenkseiten statistisch signifikant (p < 0,01), die Gelenkfortsatzhöhe (pgph) war lediglich in den rechten Kiefergelenken signifikant erhöht (p = 0,018). Bei den tiefen Bissen ohne Gingivakontakt war die Gelenkfortsatzhöhe (pgph) signifikant in den linken Kiefergelenken reduziert (p = 0,018), in den rechten Kiefergelenken bestand eine Tendenz dazu (p = 0,059). Das Verhältnis von Tuberkulum- zu Gelenkfortsatzhöhe (eh/pgph) wiederum war sowohl im linken (p < 0,001) als auch im rechten (p = 0,002) Kiefergelenk signifikant erhöht. Als Schlussfolgerung konnte ein Zusammenhang zwischen frontalem Kopf-/ Kreuzbiss und einer verringerten Tuberkulumhöhe (eh) sowie zwischen tiefem Biss ohne Gingivakontakt und einem reduzierten Verhältnis von Tuberkulum- zu Gelenkfortsatzhöhe (eh/pgph) festgestellt werden. Die Gelenkbahnneigung der frontalen Kopf-/ Kreuzbisse kann dementsprechend als abgeflacht und bei tiefem Biss ohne Gingivakontakt als steiler interpretiert werden.
Es wurden jeweils 50 Patienten mit antagonistenlosen Molaren und Prämolaren sowie mit Vollbezahnung befragt und untersucht. Dabei wurde eine umfangreiche Befund- und Funktionserhebung durchgeführt, die Elongation der betroffenen Zähne ermittelt, sowie gesellschaftlich-soziale Parameter und subjektive Symptome wie Schmerzen, Kaugeräusche und sonstige Missempfindungen abgefragt. Mittels OHIP wurde die MLQ ermittelt.
In der Gruppe der Patienten mit antagonistenlosen Molaren und Prämolaren konnte bei 18% der Zähne keine Elongation, bei 22% eine leichte Elongation von weniger als 2 mm und bei 59% eine stark ausgeprägte Elongation von 2 mm und mehr festgestellt werden.
Ferner war in der Gruppe der Patienten mit antagonistenlosen Molaren und Prämolaren die Chance erhöht, an Schmerzen und Funktionsstörungen zu leiden sowie eine schlechtere MLQ zu haben. Die Ergebnisse zeigen eine Tendenz, die als moderate Assoziation nachgewiesen werden kann. Für die Unterschiede gelingt der Nachweis der statistischen Signifikanz nicht.
Für weitere Studien sind multizentrische Ansätze mit deutlich höheren Stichprobenumfängen (>300) als in dieser Arbeit und einem multidimensionalen Untersuchungsdesign zu empfehlen, deren umfangreiche strukturelle Anforderungen eine besondere Herausforderung sein werden. Letztlich zeigt auch diese Arbeit, dass jede antagonistenlose Situation eine individuelle Entscheidung anhand der klinischen Gegebenheiten verlangt.
(1) Background: The aim of this study was to systematically compare TEM sections of mineralized human enamel and dentine prepared by focused ion beam (in situ lift-out) technique and ultramicrotomy through a combination of microscopic examination methods (scanning electron microscopy and transmission electron microscopy). In contrast with published studies, we compared the TEM preparation methods using the same specimen blocks as those for the ultramicrotomy and FIB technique. (2) Methods: A further evaluation of TEM sample preparation was obtained by confocal laser scanning microscopy and atomic force microscopy. In addition, ultramicrotome- and focused ion beam-induced artefacts are illustrated. (3) Results: The FIB technique exposed a major difference between non-decalcified enamel and dentine concerning the ultrastructural morphology compared to ultramicrotome-prepared sections. We found that ultramicrotomy was useful for cutting mineralized dentine, with the possibility of mechanical artefacts, but offers limited options for the preparation of mineralized enamel. FIB preparation produced high-quality TEM sections, showing the anisotropic ultrastructural morphology in detail, with minor structural artefacts. Our results show that the solution of artificial saliva and glutardialdehyde (2.5% by volume) is a very suitable fixative for human mineralized tissue. (4) Conclusions: The protocol that we developed has strong potential for the preparation of mineralized biomaterials for TEM imaging and analysis.
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.
Inflammasome activation and formation of ASC specks in patients with juvenile idiopathic arthritis
(2023)
Objective
The formation of large intracellular protein aggregates of the inflammasome adaptor ASC is a hallmark of inflammasome activation and characteristic of autoinflammation. Inflammasome activated cells release the highly proinflammatory cytokine IL-1β in addition to ASC specks into the extracellular space. Autoinflammatory activity has been demonstrated in systemic JIA, however minimal data exist on the role of inflammasomes in other JIA subtypes. We therefore investigated, if pyroptotic cells are present in the circulation of oligo- and poly-articular JIA.
Methods
Peripheral blood of JIA patients (n = 46) was investigated for ASC speck formation, a key step in inflammasome activation, by flow cytometry and immunofluorescence. Free ASC and proinflammatory cytokine levels were determined by ELISA and multiplex assay.
Results
Oligo-articular JIA patients showed a significantly increased proportion of ASC speck+ monocytes compared to poly-articular JIA patients. In serum free ASC alone is not sufficient to assess inflammasome activity and does not correlate with ASC speck+ monocytes. Compared to control several cytokines were significantly elevated in samples of JIA patients. JIA serum containing antinuclear antibodies, incubated with ASC specks boosts a secondary inflammation by IL-1β production in macrophages.
Conclusion
For the first time, we detect ex vivo inflammasome activation by ASC speck formation in oligo- and poly-articular JIA patients. Most notably, inflammasome activation was significantly higher in oligo- compared to poly-articular JIA patients. This data suggests that inflammasome derived autoinflammation may have a greater influence in the previously thought autoimmune oligo-articular JIA patients.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es funktionsanalytische Untersuchungsergebnisse aus der Perimetrie mit den Daten der HRT II Papillenanalyse, also den rein morphologischen Untersuchungsergebnissen, bei Glaukompatienten vergleichend zu analysieren.
Patienten und Methodik: Dieser Untersuchung liegen Laser-Scanning-Tomografien des Sehnervenkopfes mittels HRT II und Gesichtsfeldanalysen von 184 Glaukom-Patientinnen und Patienten der Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde der Universitätsmedizin Greifswald aus dem Zeitraum von 2004 bis 2011 zugrunde. Die Laser-Scanning-Tomografien wurden mit dem HRT II erstellt. Die Gesichtsfeldanalysen wurden mit dem Octopus 101 der Fa. Haag-Streit Interzeag durchgeführt. Die Daten von 110 Frauen und 74 Männern fanden in der statistischen Auswertung Berücksichtigung. Das durchschnittliche Patientenalter betrug 55 Lebensjahre. Es standen 1.384 Datensätze zur Verfügung, die sich auf drei statistische Analysestrategien verteilten. Die Analysestrategie 1 umfasste ausschließlich die Laser-Scanning-Tomografien mit dem HRTII, die Analysestrategie 2 ausschließlich perimetrische Untersuchungsereignisse und die Analysestrategie 3 papillenmorphologische und perimet-rische Untersuchungen.
Ergebnisse: Die statistische Betrachtung der Analysestrategie 1 erbrachte keine ausreichende Signifikanz hinsichtlich der Primärparameter Patientenalter, Augenseite und Geschlecht (allein der HRT-Parameter mittlere retinale Nervenfaserschichtdicke zeigte eine Unterscheid-barkeit zwischen den Geschlechtern) ebenso wie die isolierte statistische Betrachtung der Gesichtsfeldbefunde in der Analysestrategie 2 bezüglich der Perimetriehauptparameter MD und MS im Hinblick auf die Untersuchungsstrategien (TOP und Dynamisch). Für den Vergleich beider Untersuchungsverfahren in der Analysestrategie 3 konnte der Gesichtsfeldbefund in Bezug auf die Parameter MD und MS betrachtet werden. Diese wurden hinsichtlich der fünf Hauptparameter aus den HRT Untersuchungen, der Randsaumfläche, dem Randsaumvolumen, der Exkavationsform, der Höhenprofilkontur und der mittleren retinalen Nervenfaserschichtstärke, analysiert. Pathologische Werte der mittleren Defekttiefe (MD GF-Hauptparameter) konnten mit einer signifikanten Verringerung der Randsaumfläche und einer signifikanten Abnahme des Randsaumvolumens assoziiert werden. Ebenfalls korrelierten pathologische MD-Werte mit einer Größenzunahme der Exkavationsform.
Der HRT-Hauptparameter Höhenvariation der Kontur wies keine signifikante Verminderung in Bezug auf die im Gesichtsfeld pathologisch identifizierten MD-Werte auf. Eine signifikante Reduktion hingegen zeigte die mittlere retinale Nervenfaserschichtdicke.
Die Differenzierung des Gesichtsfeldhauptparameters MD in Bezug auf das HRT-Qualitätskriterium SD zeigte, dass die Untersuchungsergebnisse mit einer SD > 40 µm im Vergleich der pathologischen zu glaukomunauffälligen Werten eine größere Varianz aufwiesen als jene, die dem Qualitätskriterium (SD < 40 µm) entsprachen.
Die Betrachtung des Qualitätsmaßes der Gesichtsfeldprüfung mit Beantwortung „falsch-negativer“ und „falsch-positiver“ Fangfragen ergab hinsichtlich der Differenzierung des HRT-Hauptparameters mittlere Nervenfaserschichtdicke, dass die pathologischen Werte einer größeren Schwankungsbreite unterlagen als die glaukomunauffälligen und somit als unzuverlässigere Untersuchungen einzuschätzen sind, wenn krankhafte morphologische Veränderungen vorliegen. Die Untersuchung der Arbeitshypothese zum Zusammenhang zwischen Gesichtsfeldverlust (MD) und den HRT-Hauptparametern auf eine vermutete Altersabhängigkeit, konnte keine deutliche Korrelation objektivieren.
Schlußfolgerung: Nur unter Berücksichtigung der äußerst vielfältigen anatomischen Gegebenheiten, z. B. Bulbuslänge, Makropapille, Pathologien, zunehmende Katarakt und Einhaltung der Qualitätsstandards, kann die Laser-Scanning-Tomografie ein sehr wichtiges diagnostisches Mittel zur Glaukomdetektion bzw. zum Glaukommonitoring in Kombination mit funktionsanalytischen perimetrischen Untersuchungen sein.
Im Ergebnis war festzustellen, dass sich die Sensitivität der HRT Parameter als nicht besonders effektiv bewerten ließen. Die statistische Auswertung der Parameter zeigte keine signifikanten Änderungen hinsichtlich der Morphologie der Papilla nervi optici über den im Zeitraum 2004 bis 2011 an der Universitätsmedizin Greifswald untersuchten Glaukompatienten im Längsschnittverlauf.
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.
Die vorliegende Arbeit ist im Bereich der parameterfreien Statistik anzusiedeln und beschäftigt sich mit der Anwendung von ordinalen Verfahren auf Zeitreihen und Bilddaten. Die Basis bilden dabei die sogenannten ordinalen Muster in ein bzw. zwei Dimensionen. Der erste Hauptteil der Arbeit gibt einen Überblick über die breiten Einsatzmöglichkeiten ordinaler Muster in der Zeitreihenanalyse. Mit ihrer Hilfe wird bei simulierten gebrochenen Brownschen Bewegungen der Hurst-Exponenten geschätzt und anhand von EEG-Daten eine Klassifikationsaufgabe gelöst. Des Weiteren wird die auf der Verteilung der ordinalen Muster beruhende Permutationsentropie eingesetzt, um in Magnetresonanztomographie (MRT)-Ruhedaten Kopfbewegungen der Probanden zu detektieren. Der zweite Hauptteil der Arbeit befasst sich mit der Erweiterung der ordinalen Muster auf zwei Dimensionen, um sie für Bilddaten nutzbar zu machen. Nach einigen Betrachtungen an fraktalen Oberflächen steht eine automatisierte und robuste Einschätzung der Qualität struktureller MRT-Daten im Vordergrund.
The study of sow reproduction traits is important in livestock science and production to increase animal survival and economic efficiency. This work deals with the detection of different effects on within-litter variance of birth weight by applying different statistical models with different distributional assumptions. The piglets within one litter were separated by sex. The trait of sow was formed from the sample variances of birth weights within litter separated by sex to consider the sex effect on mean birth weight. A linear mixed model (LMM) approach was fitted to the logarithmized sample variance and the sample standard deviation. A generalized linear mixed model with gamma distributed residuals and log-link function was applied to the untransformed sample variance. Appropriate weights were constructed to account for individual litter sizes. Models were compared by analysing data from Landrace and Large White. The estimates of heritability for the different traits ranged from 6-14%. The LMM for the weighted standard deviation of birth weights was identified as most suitable in terms of residual normality. Furthermore, the impact of piglets´ sex on birth weight variability was tested, but it was only proved for one practical dataset. Additionally, we analysed the influence of including or not including birth weights of stillborn piglets on the estimates of variance components of birth weight variability. With omitted stillborns the estimates of heritability resulted in about 2% higher values than in investigations of total born piglets. We were interested in the presence of the random boar effect on birth weight variability. The corresponding variance component was tested via restricted likelihood ratio test. Among others, the null distribution of the test statistic was approximated by parametric bootstrap simulations which were computational intensive. We picked up a two-parametric approach from literature and proposed a three-parametric approach to approximate the null distribution of the test statistic. We have analysed correlated data in balanced (simulated data) and unbalanced (empirical data) designs. The two-parametric approach using a scaled mixture of chisquare-distributions as well as a three-parametric approach, that uses a mixture of the point mass at zero and a gamma distribution, behaved most solid in all investigations and were most powerful in the simulation study.
Background: Abdominal obesity is a major driver for adverse medical conditions. While an interaction between adipose tissue and thyroid function is thought to exist, to our knowledge, no study has examined the effect of thyroid-stimulating hormone (TSH) on visceral adipose tissue (VAT) in a population-based context. Objective: We determined an association between serum TSH levels and VAT. Methods: A sample of 1,021 female and 956 male adults aged 20-79 years was drawn from registry offices in the cross-sectional, population-based Study of Health in Pomerania Trend (SHIP Trend) in Northeast Germany from 2008 to 2012. Our main exposure was serum TSH levels. Our main outcome was VAT measured using magnetic resonance imaging. The possibly mediating role of leptin on the TSH-VAT association was also assessed. Results: A total of 1,719 participants (87.9%) had serum TSH levels within the reference range. The mean volume of VAT was 5.33 liters for men and 2.83 liters for women. No association between TSH and VAT (β = 0.06, 95% CI: -0.02, 0.14) was observed, and there were no differences detected between sexes. VAT was strongly associated with leptin with a greater effect in women than in men. Leptin was strongly associated with TSH. Conclusions: No association between TSH and VAT was observed. Other biomarkers such as leptin may play a role in the relationship between thyroid function and metabolic risk.
Assoziation zwischen Thyreotropin und dem Lipidprofil bei Kindern und Jugendlichen in Deutschland
(2017)
Zielstellung:
Es gibt noch keine populationsbezogene Studie, die den Zusammenhang zwischen Thyreotropin (TSH) und den Lipidparametern Gesamtcholesterin, Low-Density-Lipoprotein-(LDL)-Cholesterin, High-Density-Lipoprotein-(HDL)-Cholesterin und Triglyzeriden bei Kindern und Jugendlichen unter-sucht hat, trotz der möglichen Auswirkungen eines erhöhten Lipidprofils auf die Entstehung von kardiovaskulären Erkrankungen.
Teilnehmer und Methoden:
Es wurden Eigenschaften und Laborparameter von insgesamt 6 622 drei- bis zehnjährigen Kindern und 6 134 elf- bis 17-jährigen Heranwachsenden der Studie zur Gesundheit von Kindern und Jugendlichen in Deutschland (KiGGS) analysiert. Primäre Expositionsvariable dieser Querschnittsstudie war der mit einer Elektroluminiszenz-Methode gemessene TSH-Spiegel im Serum. Primäre Outcomevariablen waren die Gesamtcholesterin-, LDL-Cholesterin-, HDL-Cholesterin- und Triglyzeridspiegel im Serum, die über enzymatische Farbanalysen bestimmt wurden. Die Variablen wurden mithilfe von altersspezifischen Grenzwerten kategorisiert.
Ergebnisse:
Signifikante positive Assoziationen lagen bei Kindern zwischen Serum-TSH-Spiegeln und allen Nicht-HDL-Cholesterinspiegeln (Gesamtcholesterin-, LDL-Cholesterin- und Triglyzeridspiegeln) vor (β = 0,90, 95 %-Konfidenzintervall [KI]: 0,53 – 1,27; β = 0,78, 95 %-KI: 0,44 – 1,13; und β = 0,90, 95 %-KI: 0,52 – 1,27), gleichermaßen bei Jugendlichen (β = 0,90, 95 %-KI: 0,47 – 1,32; β = 0,67, 95 %-KI: 0,29 – 1,05; und β = 0,92, 95 %-KI: 0,49 – 1,35; p < 0,05). Stratifizierte Modelle deuteten darauf hin, dass diese Zusammenhänge besonders stark bei übergewichtigen und adipösen Kindern waren. Kinder mit erhöhten TSH-Spiegeln hatten im Vergleich zu Kindern mit TSH-Spiegeln im Referenzbereich höhere Nicht-HDL-Cholesterinspiegel.
Fazit:
Wie schon bei Erwachsenen bekannt, zeigt diese Studie bei Kindern und Jugendlichen einen positiven Zusammenhang zwischen den Serumspiegeln von TSH und Nicht-HDL-Lipiden. Längsschnittstudien könnten klären, ob ein erhöhter Serum-TSH-Spiegel, der von einem unvorteilhaften Lipidprofil begleitet wird, im Erwachsenenalter fortdauert.
Peter Holtz wurde durch seine Arbeiten über die Katecholamine und durch die Entdeckung der Dopadecarboxylase (1939) und des Noradrenalins (1944) im menschlichen Organismus weltbekannt. Schwerpunkt der Bioergographie ist die Rekonstruktion der Zusammenarbeit des Pharmakologen Holtz von Rostock aus mit dem Anatomieprofessor August Hirt in Strassburg. Hirt führte im Konzentrationslager Natzweiler-Struthof Versuche an Menschen mit dem Giftgas Lost durch und war einer der Entwickler der intravitalen Fluoreszenzmikroskopie. Weiterhin werden Verwechslungen von Peter Holtz mit dem Pharmakologen Friedrich Holtz in Halle erörtert. Letzterer arbeitete während des Krieges am Krebsforschungsinstitut in Nesselstedt/Posen und stimmte Menschenversuchen zu.
Background and purpose
The insula has important functions in monitoring and integrating physiological responses to a personal experience of multimodal input. The experience of chills in response to auditory stimuli is an important example for a relevant arousing experience coupled with bodily response. A group study about altered chill experiences in patients with insula lesions is lacking.
Methods
Twenty-eight stroke patients with predominantly insula lesions in the chronic stage and 14 age-matched controls were investigated using chill stimuli of both valences (music, harsh sounds). Group differences were analyzed in subjective chill reports, associated bodily responses (skin conductance response), lesion mapping, diffusion-weighted imaging and functional magnetic resonance imaging. Other neuropsychological deficits were excluded by comprehensive testing. Diffusion-weighted imaging was quantified for four insula tracts using fractional anisotropy.
Results
The frequency of chill experiences was comparable between participant groups. However, bodily responses were decreased for the stroke group. Whereas there was no association of lesion location, a positive association was found for the skin conductance response during aversive sounds and the tract connecting anterior inferior insula and left temporal pole in the stroke group. Similarly, functional magnetic resonance imaging activation in areas hypothesized to compensate for damage was increased with bodily response.
Conclusions
A decoupling of felt arousal and bodily response after insula lesion was observed. Impaired bodily response was related to an impaired interaction of the left anterior insula and the temporal pole.
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 Effect of the Patients Nutritional Status on Immune Alterations Induced by Ischemic Stroke
(2018)
Ischemic stroke is one of the leading causes of death and disability throughout the world.
One important aspect of stroke pathophysiology are immunological changes after stroke, especially a combination of post stroke immunodepression, leading to
infectious complications after stroke and an activation of the immune system, leading to cerebral injury. Adipose tissue has several immunological functions and obesity
leads to immunological complications and is accompanied by a chronic immune activation.
To study the effects of body weight and obesity on the immune system and measure weight and fat tissue changes after ischemic stroke we conducted the LIPS Trial and enrolled 50 stroke patients and 16 control subjects between July 2015 and July 2016. On the day of admission and on the days 1, 2, 3, 4, 5, 7, 30, 90 and 180 after admission stroke patients were weighed with an in-bed scale, body composition was measured with BIA, the triceps-skin fold thickness was measured, the NIHSS scale was obtained and blood was drawn. FACS-analysis was performed and triglycerides,cholesterol, CRP and PCT were measured at the central laboratory facility of the Universitätsmedizin Greifswald. Luminex-multiplex analysis for multiple cyto- and chemokines was performed at the Multiplex Facility at the University Leiden. A cerebral MRI and an abdominal MRI were performed shortly after admission and on days 5-7 for most patients and the infarct volume, abdominal fat and hepatic fat percentage were measured. On days 30, 90 and 180 after stroke Bartel Index and mRS were obtained.
After stroke our patients showed the typical immunological changes described previously as stroke induced immune alterations, namely a post stroke immunodepression as well as signs of an activated immune system and an acute
phase response. Our patients lost weight, but only 1.7 ± 0.5 kg. Skinfold thickness did not change during the course of our trial and abdominal fat measurement did not change in stroke patients. Immunological parameters (leukocytes, neutrophils,CRP, PCT, IL-6) did not differ between BMI subgroups (normal weight: BMI < 25,overweight: BMI ≥ 25, < 30, obese: BMI ≥ 30) and in this trial we could not detect a
difference in patients with normal weight, overweight or obesity in the post stroke periode. In an additional analysis we could show that rapid clinical improvement
did result in a rapid improvement of post stroke immune alterations, especially for leukocytes, neutrophils, IL-6 and CRP.
Eine Thrombose ist eine Gefäßerkrankung, bei der eine lokalisierte, intravasale Blutgerinnung zur Bildung eines Thrombus in einem Gefäß führt. Die Aktivierung der
Blutgerinnungskaskade und damit der Gerinnungsfaktoren führt zu einer Bildung sowie Quervernetzung von Fibrin und so zur Entstehung eines Thrombus. Dieser wird
physiologisch über die Fibrinolyse abgebaut. Die Serinprotease PAI-1 inhibiert diese und wirkt somit prothrombotisch. Jüngste Studien haben gezeigt, dass S1P als Schlüsselmolekül des Immunsystems und des Metabolismus auch das Gerinnungssystem beeinflusst und in einer wechselseitigen Beziehung mit dem Gerinnungsfaktor Thrombin und seinen PARs steht. Die S1P-Konzentration im Körper korreliert dabei eng mit dem BMI. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Wirkung des Signallipids S1P auf die PAI-1-Expression von Fettzellen und damit die Stellung der Adipozyten bei S1P-vermittelten thrombotischen Ereignissen in vitro. Weiterhin wurde
erstmalig die Wechselwirkung von Thrombin und S1P bei der Produktion von PAI-1 in Fettzellen untersucht. Hierfür wurden 3T3-L1-Fibroblasten in Adipozyten differenziert
und mit S1P stimuliert. Es zeigte sich eine konzentrationsabhängige Steigerung der PAI-1-mRNA. Diese Ergebnisse wurden ebenfalls von anderen Arbeitsgruppen
bestätigt. Der S1P-Effekt ließ sich auch mittels Western Blot-Analyse auf Proteinebene darstellen. Dabei zeigte sich eine starke Steigerung der PAI-1-Expression und
Sekretion von 3T3-L1-Zellen. S1PR-2- und S1PR3-Inhibitoren senkten den S1Pvermittelten Anstieg, sodass S1P über eine S1PR-2- und, bisher in der Literatur noch
nicht beschrieben, auch über eine S1PR-3-Aktivierung einen prothrombotischen Einfluss ausübt. Weiterhin konnte nach Stimulation mit S1P erstmalig eine Expressionssteigerung von PAR-1 und damit eine Wechselwirkung zwischen dem Signalweg von Thrombin und S1P in Adipozyten beobachtet werden. Es wurde die
Hypothese aufgestellt, dass Thrombin über den PAR-1 die Aktivität der Enzyme des S1P-Metabolismus steigert und so über eine endogene S1P-Produktion zu einer zusätzlichen Steigerung von PAI-1 führt. Diese konnte bisher noch nicht bestätigt werden, da lediglich eine geringe, jedoch nicht signifikante Steigerung von PAI-1 nach Thrombin-Stimulation beobachtet werden konnte. Somit ist das Fettgewebe ein wichtiges Bindeglied zwischen dem inflammatorischen Lipid S1P sowie dem Enzym PAI-1 und damit als Gewebe ein bisher stark unterschätzter Einflussfaktor bei der Entstehung und Aufrechterhaltung thrombotischer Ereignisse.
Zusammenfassung In den ersten vier Tagen nach Radiojodgabe wurden signifikante Konzentrationsveränderungen der Schilddrüsenparameter fT4, TSH und Tg beobachtet. Die fT4 – Konzentration stieg zunächst in allen Gruppen signifikant an, insbesondere bei Patienten mit Thyreostatikapause 3 Tage vor Therapie (Gruppe 4, im Median +20%) und Patienten mit dreitägiger Thyreostatikapause vor Therapie und erneuter Thyreostase 3 Tage nach Radiojodapplikation (Gruppe 5, +11%). Somit kann durch die erneute Gabe von Thyreostatika am 3. Tag nach der Radiojodgabe ein relevanter Anstieg der fT4 – Konzentration verhindert werden. Die T3 – Konzentration zeigte in der Gesamtheit im Median keine signifikante Änderung in den ersten vier Tagen der Radiojodtherapie. Im Vergleich der einzelnen Gruppen konnten jedoch signifikante Konzentrationsveränderungen festgestellt werden. In der 1. Gruppe, Thyreostatikapause 4 Wochen vor Radiojodtherapie, konnten wir einen geringen aber signifikanten Anstieg des T3 von 3% feststellen. In Gruppe 2 bis 5 fiel die T3 – Konzentration signifikant mit einem Maximum in Gruppe 4 und 5 ab. In Gruppe 4 fiel das T3 im Median um 5%, in Gruppe 5 um 21%. Der TSH – Spiegel fiel in der Gesamtheit aller Patienten signifikant im Median um 9% ab. Die Patienten mit Thyreostatikapause 4 bzw. 1 Woche vor Radiojodtherapie (1. und 2. Gruppe) zeigten den stärksten Abfall des TSH – Spiegels, in Gruppe 1 um 15% und um 20% in Gruppe 2. In Gruppe 6, Patienten mit Radiojodtherapie unter Schilddrüsenhormonsubstitution, konnten wir einen signifikanten Abfall von 6% feststellen. Die Patienten mit Thyreostase während der Therapie (Gruppen 3) und Patienten der Gruppe 5 zeigten keine TSH – Konzentrationsveränderung. Der gleichbleibende TSH – Spiegel in der Gruppe 3 ist auf die unveränderte Thyreostatikagabe während der Therapie zurückzuführen. Die zellzerstörende Wirkung der Radiojodtherapie ließ die Tg – Konzentration in allen Gruppen zusammen im Median um 88% ansteigen. In Gruppen 1 (+87%) und 2 (+49%) erwies sich der Anstieg des Tg – Spiegels als signifikant. Den stärksten, aber nicht signifikanten Anstieg der Tg – Konzentration zeigten die Gruppen 3 und 4. In Gruppe 3 stieg das Thyreoglobulin um 114%, in Gruppe 4 um 173%. Die fehlende Signifikanz in diesen beiden Gruppen ist auf die geringe Anzahl der Tg – Bestimmungen zurückzuführen (Tabelle 2). Die Patienten der 5. und 6. Gruppe zeigten ebenfalls einen nicht signifikanten Anstieg des Tg – Spiegels um 52% in Gruppe 5 sowie um 135% in Gruppe 6. Die Radiojodtherapie birgt die Gefahr einer Exazerbation der hyperthyreoten Stoffwechsellage. Dies kann für Patienten mit Herz – Kreislauf – Erkrankungen, einem hohen fT4 – Basiswert, aber auch für Morbus Basedow – Patienten gefährlich sein. Insgesamt 256 (9%) der 2796 Patienten zeigten einen sehr hohen fT4 – Basiswert (fT4 >25 pmol/l) zu Beginn der Therapie. Bei 28 (1%) der 2796 Patienten konnte ein Anstieg der fT4 – Konzentration um ≥ 15,0 pmol/l während der ersten vier Tage der Therapie festgestellt werden. Durch die erneute Gabe von Thyreostatika 2 bis 3 Tage nach Verabreichung des Radiojods kann das Risiko einer Exazerbation der Hyperthyreose und damit die Gefahr eines Progresses von kardiovaskulären Grunderkrankungen signifikant verringert werden.
Die aseptische Lockerung ist die häufigste Ursache für frühzeitige Revisionseingriffe von zementierten Pfannen. Diese Problematik ist bislang schwer zu beherrschen und stellt mit großer Wahrscheinlichkeit ein multikausales Geschehen dar. Klinischen Studien zufolge ist das Auftreten von Osteolysesäumen assoziiert mit der Inklinationsstellung einer Pfanne. Die Pfannenstellung beeinflusst die Übertragung von Kräften auf den umgebenden Knochen und damit die Entstehung relativer Mikrobewegung am Zement- Knochen Interface. In diesem Belastungsmodell wurden biomechanischen Beckenknochen zementierte Pfannen unter verschiedenen Inklinationswinkeln (30°, 40°, 45°, 50°, 55°)implantiert. Unter physiologischer worst-case Belastung wurde die resultierende Mikrobewegung im Bereich der Grenzschicht über Induktionswegaufnehmer an Os ilium, Os ischii und Os pubis registriert. Außerdem wurden die häufig eingesetzten Zementsorten Palacos R und Palamed aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzung und der damit verbundenen initialen Viskosität hinsichtlich der Verankerungsstabilität verglichen. Im Bereich des Pfannendaches zeigte sich das Bewegungsausmaß stets um etwa eine Größenordnung höher ausgeprägt als an Os ischium und Os pubis. An diesen beiden Messorten konnte kein Zusammenhang zwischen Inklinationswinkel und Mikrobewegung nachgewiesen werden. Bei einer steilen Inklination von 55° wurden im Bereich des Pfannendaches die höchsten Auslenkungen registriert (bis zu 89µm), bei flacheren Pfannenstellungen ergaben sich geringere Bewegungsausmaße(18µm bei 30°). Die Wahl der Zementsorte zeigte keinen Einfluss auf das Verhalten von Mikrobewegung.
In der Klinik und Poliklinik für Orthopädie Greifswald wurden 43 Patienten zu ihrer Zufriedenheit mit der erhaltenen Elektrothermische Denervierung (ETD) befragt. Die Intervention erhielten die Patienten bei zugrunde liegender Erkrankung an Plantarer Fasziitis eines oder beider Füße. Die Befragung wurde über einen hierfür erarbeiteten Fragebogen, Visuelle Analogskalen (VAS) und dem anerkannten AOFAS-Score für den Rückfuß postalisch durchgeführt. Gleichzeitig mit dem Anschreiben wurden freiwillige Nachuntersuchungen in der Poliklinik für Orthopädie Greifswald angeboten, welche uns unter anderem zur
Vervollständigung des AOFAS-Score dienten. Dreißig Studienteilnehmer erklärten sich für diese erweiterte Untersuchung bereit und wurden unter der Aufsicht von Oberarzt Dr. med. G. Engel nachuntersucht.
Die grundlegende Frage nach den mittel- bis langfristigen Ergebnisse der ETD, im Vergleich zu minimalinvasiven Fasziotomien und Stoßwellentherapie, bei Plantarfasziitis wurde durch die Auswertung von 49 erhobenen Datensätzen und den zusätzlich 30 AOFAS-Scores von
ETD-behandelten Füßen bearbeitet. Die durchschnittliche Zeit zwischen Intervention und Follow-up betrug 16,33 Monate, bei einer Spanne von einem bis 63 Monaten. Das arithmetische Mittel der subjektiven Wirkdauer zum Zeitpunkt der Datenerhebung entsprach 11,5 Monate. Die Spanne der Wirkdauer reichte von wenigen Tagen bis hin zu über fünf Jahren. Relativiert wird sie durch die durchschnittliche Zeit seit der Intervention von 16,33 Monaten und die anhaltende Wirkung bei Patientenfüßen, die erst kurzfristig vor der Datenerhebung mittels ETD behandelt wurden und weshalb hier deutlich kürzere Zeitspannen in die Berechnung des Mittelwertes einfließen. Als Ergebnis der Zufriedenheit zeigte sich bei 87,87 Prozent der Füße eine Besserung der Schmerzproblematik. Dieser Level an Zufriedenheit fällt in die durchschnittlichen Werte von endoskopischen Fasziotomien und Stoßwellentherapien. [34, 35] Bei Vorteilen in der Durchführung im Gegensatz zu invasiveren, operativen Heilungsansätzen, im reduzierten
Auftreten von Wundheilungsstörungen und im Zeitaufwand der otwendigen Rehabilitation. [29] Im Vergleich zur Stoßwellentherapie zeigte sich die ETD als geringfügig aufwendiger in der Durchführung und in Hinsicht auf mögliche Infektionen im Behandlungsgebiet. [1, 17]
Die durchschnittlich 16,33 Monate nach der Intervention erhobenen Schmerzintensitäten von 2,0±2,764 Skaleneinheiten auf der VAS zeigen im Vergleich zu erhobenen VAS-Werten vor der Behandlung (8,0±1,839) eine signifikante Reduktionen. Die Signifikanz der chmerzreduktion durch ETD ist als sehr hoch einzuschätzen, bei vorliegenden P-Werten
unter 0,01 Prozent (p < 0,0001 im unpaarem t-Test). Das klinische Ergebnis anhand des durchschnittlichen AOFAS-Score von 80,0±20,53 Punkten bei 30 nachuntersuchten Patienten war als gutes klinisches Outcome zu werten. [33] Hierbei zeigte sich, dass ein besseres klinisches Ergebnis auch mit einer längerfristigen Wirkdauer
der ETD vergesellschaftet ist. Erreicht wird dies über die verbesserten Parameter der Schmerzfreiheit, Mobilität und Stabilität nach wirkungsvoller Denervierung. Zusammenfassend zeigt sich die Elektrothermische Denervierung als ein wirksames Mittel in der Behandlung von chronischen Plantarfasziitis-Patienten, die sich über längeren Zeitraum gegenüber konservativen Behandlungsansätzen als therapieresistent herausgestellt haben. Eine hundertprozentige Wirksamkeit kann die Therapie mittels ETD erwartungsgemäß nicht
garantieren. Ihre Anwendung sollte jedoch als Behandlungsmöglichkeit bei vorliegender Indikation stets geprüft und dem Patienten als bestehende Therapiemöglichkeit aufgezeigt werden. Eine Fortsetzung und Erweiterung des Patienten-Follow-up wäre zur Konkretisierung der
erhaltenen Ergebnisse dieser Arbeit denkbar. Ebenfalls würde zur klareren Positionierung gegenüber den etablierten Heilungsansätzen eine prospektive Vergleichsstudie mit höherer Probandenzahl Aufschluss geben.
Objectives: Several clinical disease activity indices (DAIs) have been developed to noninvasively assess mucosal healing in pediatric Crohn’s disease (CD). However, their clinical application can be complex. Therefore, we present a new way to identify the most informative biomarkers for mucosal inflammation from current markers in use and, based on this, how to obtain an easy-to-use DAI for clinical practice. A further aim of our proof-of-concept study is to demonstrate how the performance of such a new DAI can be compared to that of existing DAIs.
Methods: The data of two independent study cohorts, with 167 visits from 109 children and adolescents with CD, were evaluated retrospectively. A variable selection based on a Bayesian ordinal regression model was applied to select clinical or standard laboratory parameters as predictors, using an endoscopic outcome. The predictive performance of the resulting model was compared to that of existing pediatric DAIs.
Results: With our proof-of-concept dataset, the resulting model included C-reactive protein (CRP) and fecal calprotectin (FC) as predictors. In general, our model performed better than the existing DAIs. To show how our Bayesian approach can be applied in practice, we developed a web application for predicting disease activity for a new CD patient or visit.
Conclusions: Our work serves as a proof-of-concept, showing that the statistical methods used here can identify biomarkers relevant for the prediction of a clinical outcome. In our case, a small number of biomarkers is sufficient, which, together with the web interface, facilitates the clinical application. However, the retrospective nature of our study, the rather small amount of data, and the lack of an external validation cohort do not allow us to consider our results as the establishment of a novel DAI for pediatric CD. This needs to be done with the help of a prospective study with more data and an external validation cohort in the future.
: An enhanced indoleamine 2,3-dioxygenase 1 (IDO1) activity is associated with an increased
mortality risk in sepsis patients. Thus, the preventive inhibition of IDO1 activity may be
a promising strategy to attenuate the severity of septic shock. 1-methyltryptophan (1-MT)
is currently in the interest of research due to its potential inhibitory effects on IDO1 and
immunomodulatory properties. The present study aims to investigate the protective and
immunomodulatory effects of 1-methyltryptophan against endotoxin-induced shock in a porcine
in vivo model. Effects of 1-MT were determined on lipopolysaccharide (LPS)-induced tryptophan
(TRP) degradation, immune response and sickness behaviour. 1-MT increased TRP and its metabolite
kynurenic acid (KYNA) in plasma and tissues, suppressed the LPS-induced maturation of neutrophils
and increased inactivity of the animals. 1-MT did not inhibit the LPS-induced degradation of TRP
to kynurenine (KYN)—a marker for IDO1 activity—although the increase in KYNA indicates that
degradation to one branch of the KYN pathway is facilitated. In conclusion, our findings provide
no evidence for IDO1 inhibition but reveal the side effects of 1-MT that may result from the proven
interference of KYNA and 1-MT with aryl hydrocarbon receptor signalling. These effects should be
considered for therapeutic applications of 1-MT.
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.
The study of host-pathogen interactions is central to a better understanding of the human microbiome, infections and the inner workings of immune cells. One focal point of this research is how the human immune system recognises both harmful and harmless antigens, integrates the resulting signals and forms a response, and how, conversely, microbes can manipulate this reaction.
In this thesis, Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), a critical pathogen in chronic and nosocomial infections, was in the focus. The aim was to search for bacterial proteins that favour a type 2 immune response, as it is orchestrated by CD4+ type 2 T helper cells (Th2 cells). The humoral arm of a type 2 response is dominated by IgG4 and IgE. Such immune responses are typically directed against multicellular pathogens like helminths and other parasites. However, type 2 immune responses are suboptimal for the defence against extracellular bacteria like P. aeruginosa. Previous research suggests that some bacterial proteins may promote a switch to such an insufficient immune response as a mechanism of immune evasion.
To optimise the sensitivity of the search for type 2 response inducing proteins of P. aeruginosa, cystic fibrosis (CF) patients were studied, as many are exposed to the pathogen in their airways over prolonged time periods. As such, the humoral immune response of 9 CF patients to their own P. aeruginosa strain was examined. For this, the secretomes of 9 clinical P. aeruginosa isolates from CF patients and the P. aeruginosa reference strain PAO-1 were studied by 2D-immunoblotting for their ability to be bound by IgG4 and IgG1 from respective patient sera. IgG4 served as a proxy for IgE, as assays analysing IgE binding suffer from low sensitivity because of low serum concentrations of IgE. Antibody reactive P. aeruginosa proteins were then identified by liquid chromatography tandem mass spectrometry and the results were compared with proteomics data from literature.
In total, 308 distinct protein spots were analysed. These belonged to 17 bacterial proteins, which comprise the entire known P. aeruginosa secretome. Of these spots, 232 were bound by IgG4, and 24 by IgG1 only. Notably proteases like serralysin and P. aeruginosa elastase presented with an IgG4 bias. This is concordant with previous research linking proteases to a type 2 immune response. Moreover, structural proteins like
agellins were also immunodominant. Flagellins are known as common targets of immune detection in bacteria. These proteins also demonstrated a clear IgG4 bias.
Thus, the search for secreted P. aeruginosa proteins that elicit an IgG4-dominated antibody response was successful. It remains to be shown whether these bacterial proteins are also recognized by IgE and Th2 cells, meaning whether they are truly driving a type 2 immune response in CF patients. It is also an open question whether the observed IgG4 bias in the antibody response to the exoproteome of P. aeruginosa is specific to CF or a general feature of the human immune response to the pathogen.
Given the increasing prevalence of chronic kidney disease (CKD) and its impact on health care, it is important to better understand the multiple factors influencing health-related quality of life (HRQOL), particularly since they have been shown to affect CKD outcomes. Determinants of HRQOL as measured by the validated Kidney Disease Quality of Life questionnaire (KDQOL) and the Patient Health Questionnaire depression screener (PHQ-9) were assessed in a routine CKD patient sample, the Greifswald Approach to Individualized Medicine (GANI_MED) renal cohort (N = 160), including a wide range of self-reported data, sociodemographic and laboratory measures. Compared to the general population, CKD patients had lower HRQOL indices. Dialysis was associated with (1) low levels of physical functioning, (2) increased impairments by symptoms and problems, and (3) more effects and burden of kidney disease. HRQOL is seriously affected in CKD patients. However, impairments were found irrespective of eGFR decline and albuminuria. Rather, the comorbid conditions of depression and diabetes predicted a lower HRQOL (physical component score). Further studies should address whether recognizing and treating depression may not only improve HRQOL but also promote survival and lower hospitalization rates of CKD patients.
The COVID-19 pandemic is one of the most serious health and economic crises of the 21st century. From a psychological point of view, the COVID-19 pandemic and its consequences can be conceptualized as a multidimensional and potentially toxic stressor for mental health in the general population. This selective literature review provides an overview of longitudinal studies published until June 2021 that have investigated the impact of the COVID-19 pandemic on mental health in the European population. Risk and protective factors identified in the studies are summarized. Forty-two studies that met inclusion and search criteria (COVID-19, mental health, longitudinal, and Europe) in PubMed, PsycInfo, and Web of Science databases indicate differential effects of the pandemic on mental distress, depression, and anxiety, depending on samples and methods used. Age-specific (e.g., young age), social (e.g., female, ethnical minority, loneliness), as well as physical and mental health-related factors (e.g., pre-pandemic illness) were identified as risk factors for poor mental health. The studies point to several protective factors such as social support, higher cognitive ability, resilience, and self-efficacy. Increasing evidence supports the assumption of the pandemic being a multidimensional stressor on mental health, with some populations appearing more vulnerable than others, although inconsistencies arise. Whether the pandemic will lead to an increase in the prevalence of mental disorders is an open question. Further high-quality longitudinal and multi-national studies and meta-analyses are needed to draw the complete picture of the consequences of the pandemic on mental health.
There is multiple evidence that emotionally arousing events are preferentially processed, and better remembered than neutral events. In the present dissertation I investigated whether those strong emotional memories are affected by acute and chronic stress. Moreover, I was interested in whether already established emotional memories can be changed by behavioral intervention. According to the modulation hypothesis, emotionally arousing events promote attention and memory processes via noradrenergic and glucocorticoid actions. Recent models suggest that stress hormones differentially impact mnemonic processing, namely encoding, (re-) consolidation and memory retrieval, depending on timing and duration of the stressor relative to the learning experience. Acute stress around the time of encoding has been found to enhance memory, whereas chronic stress has been associated with memory impairments. Furthermore, consolidated memories are not resistant to modifications. Following reactivation, memories can turn into an unstable state and undergo a process called reconsolidated in order to persist. During this vulnerable state, memories are prone to modification, for instance by pharmacological blockade or interference learning. Here, the modulation of newly formed emotional and neutral memories as well as existing emotional and neutral memories was investigated in a well-established picture viewing and recognition memory paradigm using behavioral and neurophysiological measures (event-related potential, ERPs). More elaborative processing of emotional, relative to neutral stimuli has been related to the late positive potential (LPP). During encoding of emotional and neutral pictures, enhanced LPPs (starting at about 400 ms after stimulus onset) are usually observed for emotionally arousing relative to neutral pictures, indicating preferential attention allocation and processing. During recognition, correctly recognized old items evoke larger ERP amplitudes than correctly identified new items. This difference, the ERP old/new effect, was used to measure mnemonic processing during retrieval. The ERP old/new effect over centro-parietal sensor sites (400-800 ms) has been associated with recollection processes, and is enhanced for emotional, compared to neutral materials. Three studies are presented, that investigated 1) the influence of acute stress prior to encoding on long-term memory and its neural correlates, 2) the impact of chronic stress on encoding and memory, and 3) the influence of interference on already established memories (reconsolidation), always contrasting emotionally arousing and neutral scenes. Study 1 investigated subsequent recognition memory after encoding following acute stress using a socially evaluated cold pressure test, while study 2 tested the influence of chronic stress investigating breast cancer survivors about two years after cancer treatment. In study 3, one day after encoding, reconsolidation of the reactivated picture memory was targeted with an interfering learning task. In all three studies, recognition memory was tested one week later. High-density electroencephalograms (EEGs; 257 electrodes) were recorded to measure brain potentials. The results showed, in line with previous research, that emotionally arousing scenes were preferentially processed, as indicated by larger LPPs, and were better remembered than neutral scenes, as indicated by enhanced memory performance and larger ERP old/new differences. Experiencing acute stress prior to encoding enhanced the centro-parietal ERP old/new effect for emotionally arousing pictures at recognition, corroborating that acute stress facilitates memory for emotional scenes (Study 1). In contrast, attenuated LPPs for unpleasant pictures and impaired memory performance for arousing pictures were observed in breast cancer survivors (Study 2), indicating altered attention to emotion and subsequent emotional memory storage in chronically stressed individuals. When memory reactivation was followed by an interfering learning task, recognition memory and ERP old/new differences were attenuated for emotionally arousing scenes, selectively, showing the possibility that emotional memories might be modulated by behavioral interventions (Study 3). The results of all three studies are discussed and integrated into a model of memory modulation by stress and interference. The results highlight the importance of understanding the role of emotional arousal in the processes of memory formation, retrieval and reconsolidation. Moreover, shedding light on the differential effects of acute and chronic stress, interference and their possible interactions might help to prevent and even modify impairing memories that are one of the major concerns in stress- and fear-related mental disorders.
The release of DNA by cells during extracellular trap (ET) formation is a defense function of neutrophils and monocytes. Neutrophil ET (NET) formation in term infants is reduced compared to adults. Objective: The aim was to quantify NET and monocyte ET (MET) release and the respective key enzymes myeloperoxidase (MPO) and neutrophil elastase (NE) in preterm infants. In this prospective explorative study, ET induction was stimulated by N-formylmethionine-leucyl-phenylalanine (fMLP), phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA), lipopolysaccharide (LPS), and lipoteichoic acid (LTA) in the cord blood of preterm infants (n = 55, 23–36 weeks) compared to term infants and adults. METs were quantified by microscopy, and NETs by microscopy and flow cytometry. We also determined the MPO levels within NETs and the intracellular concentrations of NE and MPO in neutrophils. The percentage of neutrophils releasing ET was significantly reduced for preterm infants compared to adults for all stimulants, and with a 68% further reduction for PMA compared to term infants (p = 0.0141). The NET area was not reduced except for when fMLP was administered. The amount of MPO in NET-producing cells was reduced in preterm infants compared to term infants. For preterm infants, but not term infants, the percentage of monocytes releasing ETs was significantly reduced compared to healthy adults for LTA and LPS stimulation. Conclusion: In preterm infants, ETs are measurable parts of the innate immune system, but are released in a reduced percentage of cells compared to adults.
Die Ersatzplastik des vorderen Kreuzbandes ist eine der häufigsten am Kniegelenk durchgeführten Operationen weltweit. Aufgrund der hohen wirtschaftlichen und auch persönlichen Bedeutung durch die Einschränkungen des Kniegelenkes in seiner Funktion besteht ein großes Interesse an der Kreuzbandersatzplastik. Eine Vielzahl von Operationstechniken wurde entwickelt und nachuntersucht mit Unterschieden u.a. in der Transplantatwahl und den Fixationsmöglichkeiten. In der vorliegenden Arbeit wurden 83 Patienten, die im Zeitraum von Oktober 2001 bis März 2008 in der Unfallchirurgischen Abteilung der Universitätsmedizin Greifswald operiert wurden, nach durchschnittlich 51 Monaten nachuntersucht. Das Ziel der Arbeit bestand im Vergleich von Patellasehnen-Transplantat mit Bioschraubenfixation gegenüber Hamstringsehnentransplantaten mit entweder reiner Bioschraubenfixation, tibialer Intrafix-Fixation oder femoraler Rigidfix- mit tibialer Intrafix-Fixation. Als Outcome-Parameter wurden dabei neben den klinischen Untersuchungen mit Lachmann- und Pivot-Shift-Test, auch der Lysholm-Gillquist-Score, der OAK-Score und das IKDC-Evaluationsblatt sowie der KT-1000™ zur instrumentellen Messung genutzt. Desweiteren wird auf Unterschiede zwischen der Anlage des femoralen Bohrkanales entweder über das anteromediale oder das transtibiale Portal eingegangen. In der vorliegenden Arbeit konnten bei Unterschieden in der Follow-up-Zeit zwischen den Gruppen auch Differenzierungen im Outcome festgestellt werden, die überwiegend nicht signifikant waren. Dabei zeigten sich in den Scores tendenziell bessere Ergebnisse der femoralen Rigidfix-Fixation gegenüber der Bioschraube. Signifikant besser schnitten im OAK-Score-Ergebnis die jüngeren unter 25-jährigen Patienten gegenüber den über 35-Jährigen ab. Auffällig erscheinen mit höheren Komplikationsraten, wie Rerupturen und Arthrofibrose, außerdem die Gruppen mit tibialer Intrafix-Fixation, auch in Kombination mit einer femoralen Rigidfix-Fixation, jedoch ohne Signifikanz. Desweiteren zeigten die Gruppen mit über das anteromediale Portal angelegtem femoralen Bohrkanal etwas bessere Ergebnisse in den Score-Bewertungen, wobei sich hier keine der femoralen Fixationsmöglichkeiten signifikant durchsetzen konnte.
A physiological proteomic approach to address infection-related issues of Gram-positive bacteria
(2012)
Trotz der vielen wissenschaftlichen Fortschritten sind Infektionskrankheiten auch heute noch die Haupttodesursache weltweit. Sie haben nicht nur heute, sondern werden auch in der Zukunft eine große epidemiologische Bedeutung haben. Die komplexe Infektionsthematik sollte unter zwei Gesichtspunkten betrachtet werden: der Prävention und der Behandlung. Zur Prävention von Infektionen zählen neben der Dekontamination und Sterilisation auch die Impfungen sowie die Hygiene- und Gesundheitsaufklärung. Bei der Behandlung von Infektionen kann auf Antibiotika zurückgegriffen werden, wenn das humane Immunsystem die Infektionen nicht auf natürliche Weise bekämpfen kann. Zwischen 1969 und 2000 wurde kein neues Antibiotikum den bereits vorhandenen Antibiotikaklassen hinzugefügt. Parallel zu dieser schwindenden Antibiotikaforschung, verbreiten sich nosokomiale Infektionen und community-acquired (vor allem Methicillin-resistente) Infektionen rapide. Von besonderer Bedeutung ist die Grundlagenforschung an infektionsassoziierten Mikroorganismen, wie dem humanen Erreger Staphylococcus aureus. Im Zusammenhang mit Infektionen spielen Virulenzfaktoren eine entscheidende Rolle. Sie sind entweder an der Zelloberfläche platziert oder werden aktiv ins Medium sekretiert. Um das pathogene Potential von S. aureus besser zu verstehen und aufzuklären ist ein Verständnis über die Proteintransportwege essentiell. Momentan sind die Transportwege von Escherichia coli (Gram-negative) und Bacillus subtilis (Gram-positive) am besten charakterisiert. Viele Transportwegekomponenten wurden mittels Transkriptions und Proteomeanalysen auch in S. aureus konserviert gefunden und ermöglichten dadurch einen ersten Einblick in die Sekretionsmaschinerie. Das Verständnis, warum und wie Virulenzfaktoren Infektionen auslösen birgt ein großes Potential in der Suche nach verbesserter Infektionskontrolle und Behandlung. Kontaminierte medizinische Arbeitsmittel, wie zum Beispiel Katheter oder Endoskope können auch eine auslösende Quelle von Infektionen sein. Diese medizinischen Arbeitsmittel oder Geräte bestehen immer häufiger aus bio-kompatiblen Polymeren (z.B. Polyethylen (PE) oder Polyethylenterephthalat (PET). Diese thermosensitive Polymere können keinen hohen Temperaturen ausgesetzt werden, ohne dass sie beschädigt werden. Damit sind herkömmliche Sterilisationsverfahren (z.B. Autoklavieren) nicht anwendbar. Alternative chemische Verfahren (z.B. Ethylenoxid-Sterilisation) sind mit Nebenwirkungen und Risiken verbunden, die im medizinischen Bereich nicht akzeptabel sind. Alternative Dekontaminationsverfahren für diese thermosensitive Materialen sind also gefragt. Hierbei rückt das Niedertemperaturplasma (NTP) nicht nur bei den Physikern sondern auch bei den Biologen und Medizinern immer weiter in den Fokus der Forschung. NTP, welches unter atmosphärischen Druck erzeugt wird, ist aus einer Vielzahl von antimikrobiell aktiven Agentien und chemischen Produkten (z.B. atomarer Sauerstoff (O), Ozon (O3), Hydroxyl (OH), reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und reaktive Stickstoffspezies (RNS)) zusammengesetzt und stellt damit ein wirksames Mittel für die mikrobielle Dekontamination dar. Seit einiger Zeit wird NTP auch erfolgreich bei der Wundbehandlung angewendet. Erste Studien zeigen ein großes Potential von NTP-Wundbehandlungen in Hinblick auf verbesserte Wundheilung. Die Anwendung von Plasma in der Medizin könnte ganz neue Perspektiven eröffnet- das ist zumindest die Vision. Auf der praktischen Seite gibt es allerdings noch eine Vielzahl von offenen Fragen: (i) welche Art von Plasma ist für welchen Zweck am besten geeignet; (ii) was sind die Vorteile von Plasma im Vergleich zu gängigen medizinischen Behandlungen; (iii) ist Plasma ein ökonomische Alternative im Vergleich zu gängigen Anwandelungen und Standards? Bevor Plasma sicher und routinemäßig in Krankenhäusern zu Einsatz kommen kann ist es zusätzlich von größter Wichtigkeit den Einfluss von Plasma auf Zellen zu klären. Erst wenn die Plasma-Zell-Interaktion (pro- und eukaryotische Zellen) grundsätzlich untersucht und verstanden ist kann eine sichere, erfolgreiche und vor allem akzeptierte Implementierung in den Krankenhausalltag stattfinden.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Katodenregion einer quecksilberfreien Helium-Xenon Niederdruckentladung im Brennfleckbetrieb experimentell untersucht. Diese Region ist von besonderem Interesse, da sich hier die Elektronenemission, die Erzeugung von Ionen und metastabilen Atomen sowie lebensdauerbegrenzende Prozesse abspielen. Um die Entladung im Brennfleckbetrieb zu realisieren, kam als Katode eine im Rahmen dieser Arbeit entwickelte neuartige planare Geflechtelektrode zum Einsatz. Mit der Methode der ortsaufgelösten Laser-Atom-Absorptionsspektroskopie (LAAS) wurden die absoluten Teilchendichten der zwei untersten angeregten Xe-Atome und die Gastemperatur in der Katodenregion bestimmt. Die Inhomogenität des Spot-Plasmas fand dabei besondere Berücksichtigung. Sowohl die Teilchendichten der zwei untersten angeregten Xe-Atome als auch die Gastemperatur sind unmittelbar vor dem Brennfleck maximal und fallen in axiale und radiale Richtung stark ab. Insbesondere die Gastemperatur beträgt in einem Abstand von 1 mm vor dem Brennfleck circa 650 K und liegt damit deutlich über Raumtemperatur. Des Weiteren ließ sich die Temperatur im Brennfleck auf der Katodenoberfläche mittels optischer Emissionsspektroskopie ermitteln. Dies geschah durch Anpassung des aufgenommenen Spektrums an die Plancksche Strahlungsgleichung. Die Brennflecktemperaturverteilung weißt ein ausgeprägtes Maximum auf, das je nach Entladungsstromstärke maximale Werte zwischen 1414 K bei 40 mA und 1524 K bei 80 mA annimmt. Von diesem Maximum aus wurde ein starker in alle Richtungen nahezu symmetrischer Temperaturabfall festgestellt. Ein technologisch wichtiger Aspekt hinsichtlich der Lebensdauer einer auf Xenon basierenden quecksilberfreien Lampe ist der negative Effekt der Xe-Gasaufzehrung. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die Gasaufzehrung unter Verwendung der planaren Geflechtelektrode im deutlichen Gegensatz zur industriell gefertigten Becherelektrode, wie sie vielfach in Lampen für Lichtwerbung vorkommt, vernachlässigbar klein ist. Dies wird auf die Ausbildung eines heißen Brennflecks und die damit verbundene hohe Katodentemperatur und niedrige Katodenfallspannung zurückgeführt.
Zur biomechanischen Belastung von Insassen im mittleren Fahrzeug bei Dreier-Auffahrkollisionen
(2014)
Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war die systematische Bestimmung biomechanischer Insassenbelastungen hinsichtlich Halswirbelsäulenverletzungen bei der neu definierten Sandwichkollision. Sie beschreibt die Auffahrkollision eines Fahrzeugs auf ein davor stehendes zweites Fahrzeug, das durch den Heckanstoß auf ein wiederum davor stehendes drittes Fahrzeug geschoben wird. Von Interesse waren die Bewegungen des Insassen im zweiten, also mittleren der drei Fahrzeuge, die anhand von 36 Simulationen berechnet und mit 34 simulierten Frontalkollisionen verglichen wurden. Die Simulationsberechnungen unter Verwendung von PC-Crash and Madymo ergaben, dass mit der gleichen kollisionsbedingten Geschwindigkeitsänderung des Pkw bei Sandwichkollisionen eine bedeutend höhere biomechanische Belastung für den Insassen verbunden ist als bei isolierter Betrachtung der Frontalkollisionen. Das war bei Fahrzeugabständen von 80 cm und weniger zwischen vorderem und mittlerem Fahrzeug der Fall. Diese Abstände werden zwar typischerweise überschritten, können in Gefahrensituationen aber auch unterschritten werden. Zur Quantifizierung der biomechanischen Belastung wurde die Differenzgeschwindigkeit zwischen Kopf und Oberkörper in der Verzögerungsphase nach der Heckkollision bei der Frontalkollision ausgewertet. Mit dieser Differenzgeschwindigkeit sind Scherbewegungen zwischen Kopf und Oberkörper erklärbar. Im Ergebnis ist die so definierte biomechanische Frontalbelastung bei Sandwichkollisionen durch Überlagerung der Reboundbewegung der Heckkollision mit der Frontalkollision um den Faktor ("Sandwichfaktor") 1,5 bis 2,3 größer als die Belastung bei reinen Frontalkollisionen.
In dieser Arbeit wird eine Methode entwickelt und angewendet, mittels welcher Wundauflagen hinsichtlich Endotoxin-Bindungskapazität, bakteriozider Wirkung, Endotoxin-Freisetzung und Zytotoxizität untereinander verglichen werden können. Hierzu werden die Wundauflagen in einer Endotoxin- bzw. Bakterien-Lösung inkubiert und nach festgelegten Kontaktzeiten der Endotoxin- bzw. der Bakteriengehalt im Überstand gemessen. Der Endotoxin-Nachweis erfolgt mittels LAL-Test, die Bakteriensuspensionen werden auf CSA-Platten kultiviert und ausgezählt. Die Untersuchung der Wundauflagen auf Zytotoxizität erfolgt in einem Agarose-Overlay In-vitro-Zytotoxizitätstest. Für Aquacel® ergibt sich die höchste Bindungskapazität für LPS. Der Aktivkohlekern der Wundauflage Actisorb® Silver hat ebenfalls eine hohe Endotoxin-Bindungskapazität. Die Aktivkohle-Auflage CarboFlex® bindet nur eine viel geringere Menge Endotoxins. Bei Contreet-H® kommt es zu einem Anstieg der Endotoxin-Konzentration nach Inkubation. Die silberhaltigen Wundauflagen Actisorb® Silver und Contreet-H® zeigen die beste bakteriozide Wirksamkeit. CarboFlex® und Aquacel® können die Bakterien in geringem Umfang binden, zeigen aber keine bakteriozide Wirksamkeit im eigentlichen Sinne. Unter Inkubation mit der Bakteriensuspension kommt es zu einer maximalen Endotoxin-Freisetzung von 100 EU/ml. Der Zytotoxizitätstest ergibt für Actisorb® Silver eine starke, für die übrigen Wundauflagen eine leichte Zytotoxizität.
Das OSAS besitzt mit 2 – 4 % eine hohe Prävalenz in der Bevölkerung. Es führt zu einer Einschränkung der Lebensqualität (z.B. Tagesmüdigkeit) und Sekundärerkrankungen (z.B. arterieller Hypertonus). Das OSAS ist als ein bevölkerungsrelevantes Krankheitsbild zu werten. Es stehen diverse therapeutische Möglichkeiten zur Verfügung, wobei die kontinuierliche nächtliche Überdruckbeatmung bei schweren Formen der Erkrankung den Goldstandard darstellt. Die frühe Diagnose und Einleitung einer Therapie könnten das Auftreten der mit dem OSAS assoziierten Sekundärerkrankungen verhindern und die Lebensqualität der Patienten verbessern. Die sichere Diagnose wird über den AHI gestellt, welcher im Rahmen einer PSG im Schlaflabor oder ambulant durch die Polygraphie ermittelt werden kann. Einige Autoren gehen von einer hohen Dunkelziffer des Krankheitsbildes aus. Es erscheint daher sinnvoll, das Screening des OSAS zu optimieren, um Betroffene frühzeitig zu erkennen und die weitere Diagnostik / Therapie einzuleiten.
In diesem Bestreben wurden seit Anfang der 90er Jahre vermehrt Publikationen veröffentlicht, welche sich mit möglichen Prädiktoren des OSAS befassen und / oder VM vorstellen. Auch die Ergebnisse einer klinischen HNO – Untersuchung wurden bezüglich ihrer prädiktiven Wertigkeit untersucht. Während man den statischen Parametern einer klinischen HNO – Untersuchung zunächst große Bedeutung bei der Entstehung des OSAS beigemessen hat, so nahm man in den folgenden Jahren zunehmend Abstand davon. Diverse Autoren kamen zu dem Schluss, dass die Ergebnisse einer statischen HNO – Untersuchung nicht als adäquate Prädiktoren für das OSAS geeignet sind. Neben der statischen HNO – Untersuchung existieren dynamische Untersuchungsverfahren wie das SS und das MM. Die Bedeutung des SS für die Diagnostik des OSAS ist noch nicht hinreichend untersucht.
Die vorliegende Studie untersuchte an 644 Probanden, welche sich mit dem V.a. ein OSAS in der HNO Klinik Greifswald vorstellten, den Zusammenhang zwischen dem polysomnographisch ermittelten AHI mit anamnestischen (BMI, ESS), statischen und durch das SS erhaltene dynamischen Parametern einer HNO Untersuchung. Zur Dokumentation und Klassifikation der klinischen Untersuchungsergebnisse wurden bebilderte Untersuchungsbögen verwendet.
Die statischen Parameter zeigten keine oder eine nur geringe prädiktive Wertigkeit für die Diagnose des OSAS. Dahingegen ergaben sich bei dem Pharynxkollaps auf Zungengrundniveau während des SS und bei der Dorsalverlagerung des Zungengrundes während des SS höhere Korrelationen mit den polysomnographisch ermittelten AHI - Werten. Die prädiktive Wertigkeit dieser Parameter konnte im Rahmen einer multivariaten Varianzanalyse bestätigt werden. Zusätzlich wurden als abhängige Variablen – neben dem AHI – die mittlere und minimale nächtliche Blutsauerstoffsättigung verwendet.
Die Ergebnisse wurden verwendet, um ein VM zu erstellen, welches neben anamnestischen und statischen Parametern das SS als dynamische Untersuchung integriert. Aufgrund der geschlechterspezifischen Unterschiede bei den einzelnen Parametern wurde ein geschlechtsunspezifisches VM sowie ein VM für Frauen und eines für Männer erstellt. Sämtliche VM weisen eine hohe Sensitivität auf und sind daher als Screening – Methode geeignet.
Die Ergebnisse der Studie und das erstellte VM werden mit den bestehenden Daten / VM in der Literatur verglichen.
Die in dieser Arbeit verwendeten Daten, sowie deren statistische Aufarbeitung und das VMSS wurden bereits 2009 von Herzog et al. im Laryngoscope publiziert.
Problemstellung Der Ausweis von Krankenhausleistungen in Bezug auf Sekundärleistungen ist suboptimal. Zur Sekundärleistung eines Krankenhauses zählt die technische Hygiene. Als eine in ihrer Lösung unterschiedlich diskutierte Aufgabenstellung der technischen Hygiene sollte in der vorliegenden Dissertationsschrift die Bettenaufbereitung unter ökonomischen Gesichtspunkten analysiert werden, da hierzu keine umfangreiche Kostenerhebung in der Literatur existiert. Fragestellung 1. Die Untersuchungen mussten die Anforderungen seitens des Gesetzgebers an die Hygieneleistungen im Krankenhaus berücksichtigen. Neben Aussagen zum Output, d.h. zum Nutzen des jeweiligen Verfahrens für die Patienten wird der Input über eine Kostenanalyse gemessen, um das Verfahren mit der besten Kosten-Nutzen-Relation zu identifizieren. 2. Daneben werden Optionen zur Kostenreduzierung auf Basis der Kostensenkungspotenziale der jeweiligen Verfahren verdeutlicht. 3. Zudem sollen im Zusammenhang mit der Bettenaufbereitung weiterführende Aspekte zur Kostenreduzierung aufgezeigt werden. Methode 1. Es wurden die drei in Deutschland angewendeten Verfahren zur Bettenaufbereitung, die dezentrale, die zentral-manuelle sowie die zentral-maschinelle Bettenaufbereitung, analysiert. 2. Zunächst erfolgte die Literaturrecherche, um anhand der gesetzlichen Auflagen das Soll zu ermitteln. 3. Die Ist-Erhebung stützt sich jeweils auf Betriebsstättenbesichtigungen bei Herstellern von Aufbereitungsanlagen, Begehungen in Krankenhäusern, Interviews mit Herstellern, Betreibern und Verantwortlichen von Bettenaufbereitungsanlagen in Bettenzentralen, Interviews mit Ausführenden und Verantwortlichen diverser Managementbereiche im Krankenhaus. 4. Für die Kostenanalyse wurden wesentliche Kostenarten untersucht. Die Kostenkalkulation basiert auf der fiktiven Beschreibung eines Maximalversorgers. Soweit möglich kamen Echtdaten zum Ansatz. 5. Die verwendeten Preise beziehen sich auf Listenpreise, ohne Rabatte und Skonti zu berücksichtigen. 6. Das recherchierte Datenmaterial wurde in Bezug auf Output und Input vergleichend gegenübergestellt und bewertet. Ergebnisse und Diskussion 1. Hygienisch-medizinischen Expertisen kann entnommen werden, dass jede Aufbereitungsform zum notwendigen Aufbereitungsergebnis führt, wofür die Motivation der Ausführenden eine Grundvoraussetzung darstellt. 2. Die Bettenaufbereitung erfolgt in Deutschland vornehmlich durch die Berufsgruppen Reinigungs-, Hol- und Bring- sowie Pflegedienst. 3. Die wesentlichen Kostenarten sind Bau-, Investitions-, Wartungs- und Instandhaltungs-, Material-, Betriebsmittel-, Personalkosten sowie Kosten durch Bettentransporte, wobei jede Aufbereitungsform unterschiedliche Kostenarten verursacht. 4. Bei den drei untersuchten Verfahren machen die Personalkosten jeweils den größten Anteil an den Gesamtkosten der Aufbereitungsprozesse aus (bis zu 89%). 5. Hinsichtlich der Aufbereitung der Betten in einer Bettenzentrale sind die für den Hin- und Rücktransport der Betten verbrauchten Personalressourcen respektive -kosten maßgeblich. 6. In Bezug auf die zentral-maschinelle Aufbereitung müssen die Kosten für Betriebsmittel neben den Personalkosten als bestimmend für die Gesamtkosten angesehen werden (bis zu 42%). 7. Hinsichtlich der Kostensenkung bieten die Personal- und Betriebsmittelkosten die größten Potenziale. 8. Die Personalkosten können durch die Wahl der für die Tätigkeit verantwortlichen Berufsgruppe reduziert werden. 9. Bei identischen Aufbereitungsergebnissen betragen die Kosten für die zentral-manuelle bzw. -maschinelle Aufbereitung im Vergleich zur dezentralen Bettenaufbereitung das rund 2,9 bzw. 4,5fache. Schlussfolgerungen 1. Die Kosten für die Bettenaufbereitung fallen für jeden Krankenhausfall an. Damit sind sie nicht vernachlässigbar. 2. Sekundärleistungen auf dem Gebiet der technischen Hygiene liefern für den Prozess der Bettenaufbereitung im Krankenhaus große Kostensenkungspotenziale. 3. Personalkosten stellen unabhängig vom Aufbereitungsverfahren den prozentual größten Anteil an den Gesamtkosten des Aufbereitungsprozesses dar. 4. Als unter ökonomischen und hygienisch-medizinischen Gesichtspunkten geeignetes Verfahren hat sich die dezentrale Bettenaufbereitung gezeigt.
Eine Vielzahl von Faktoren kann die Entwicklung des Kindes vor und nach der Geburt
beeinflussen. Um diese Faktoren zu detektieren, wurde die Studie Survey of
Neonates in Pomerania, im Nordosten von Deutschland, initiiert.
Von 2002 bis 2008 fand die Basisuntersuchung (SNiP-I) statt. Auf die gute Teilnehmerrate
von 75% konnte mit der Nachuntersuchung (SNiP-II-Follow-up) aufgebaut
und die Querschnittsstudie zu einer Längsschnittstudie umgewandelt werden. Die
nun 9- bis 16-jährigen Kinder und Jugendlichen und deren Eltern wurden erneut zu
Themen der körperlichen und seelischen Gesundheit, zu sozioökonomischen- und
Umweltfaktoren in Form eines selbstauszufüllenden Fragebogens befragt. Es wurden
im Gegensatz zur SNiP-I Untersuchung keine Bioproben genommen.
Die Nachuntersuchung fand von Dezember 2016 bis Juli 2017 statt. Es wurde eine
Wiederteilnahmerate von 28.8% (1665 von 5725) und eine Deckungsrate von 20%
erreicht. Wie in anderen Nachuntersuchungen im Rahmen von Geburtskohorten ist
eine Verschiebung zu höherem sozioökonomischen Status festgestellt worden: die
Frauen waren älter, gebildeter und hatten ein höheres Einkommen.
Stigmatisierung tritt bei psychischen, körperlichen sowie chronisch neurologischen Erkrankungen auf. Stigma kann vielfältige Auswirkungen auf Betroffene haben: Es vergrößert Gesundheitsunterschiede, verringert Lebensqualität und schafft Hürden, Gesundheitsleistungen zu nutzen. Internationale Studien zu diesem Thema zeig-ten, dass Stigma bei MS-Patient*innen u.a. die Lebensqualität, das psychische Wohlbefinden, das Offenlegen der Erkrankung und die Einhaltung von Therapien beeinflusst. Hinsichtlich der Stigmatisierung bei chronisch neurologischen Erkran-kungen, wie Multipler Sklerose (MS), gibt es in Deutschland bisher keine Studien. Ziel dieser Arbeit war eine erstmalige Datenerhebung zu Stigmatisierung bei MS. Endpunkte der Erhebung sind, welche Formen von Stigma in dieser Kohorte vorlie-gen und ob es psychische Komponenten, krankheitsspezifische Eigenschaften o-der soziodemographische Daten gibt, die im Zusammenhang mit Stigma stehen. Diese Daten wurden daraufhin in Vergleich zu internationalen Daten gestellt. Auch bisher noch kaum erforschte Assoziationen zu Stigma und Fatigue wurden näher betrachtet.
Die Studie wurde als prospektive Kohortenstudie in Form validierter Fragebögen an der Universität Greifswald (Klinik für Psychiatrie und Klinik für Neurologie) durchge-führt. Zur Auswertung unserer Daten wurden zunächst Basistabellen mit Angaben aus Mittelwert, Standardabweichung, Median und Interquartilenabstand verwendet. Um einen monotonen Zusammenhang zwischen den Variablen zu untersuchen, wurde der Rangkorrelationskoeffizient nach Spearman angewandt; um Assoziatio-nen aufzuzeigen die negative binomiale Regression.
Die Zusammensetzung der Kohorte mit dem Anteil an Männern (26%) und Frauen (74%) ist repräsentativ für MS. Alter und Erkrankungsdauer sind heterogen verteilt. 88 Personen hatten den schubförmig remittierenden MS-Typ, 11 den sekundär pro-gredienten und ein Patient den primär progredienten Verlaufstyp. Der Stigmatisie-rungsgrad in dieser MS-Kohorte ist gering. Der Modalwert für beide Stigma-Skalen liegt jeweils beim Minimum. Stigmatisierung korreliert signifikant auf hohem zweisei-tigen Signifikanzniveau (p>0,05) mit Depression (Korrelationskoeffizient 0,55), Fati-gue (0,51) und Behinderung (0,34). Für Lebensqualität liegt eine negative Korrelati-on vor (-0,54). Bei hohem Signifikanzniveau (p=0,001) erhöhen Behinderung und Depression das Risiko für MS-bezogene Stigmatisierung im Vergleich zu einer ge-sunden Referenzgruppe: Behinderung erhöht es jährlich um 38% und Depression um 5%. Mit jedem weiteren Lebensjahr der Patient*innen sinkt das Stigma-Risiko um 2,7 %. Bei Menschen mit Fatigue steigt das Risiko stigmatisiert zu werden jähr-lich um 2%.
Durch die vorliegende Arbeit konnten Ergebnisse internationaler Studien hinsicht-lich der Zusammenhänge zwischen Depression und Behinderung zu Stigma bestä-tigt werden. Ebenfalls konnte bestätigt werden, dass der Stigmatisierungsgrad bei MS eher gering ist. Der Grad der Behinderung beeinflusst das Stigmatisierungser-leben am stärksten, was sich häufiger in Form von internalisiertem statt öffentlichem Stigma äußert. Dass Jüngere eher betroffen sind, kann mit dem Vorkommen von erwartetem Stigma bei Unvorhersagbarkeit der Diagnose erklärt werden. Das erwar-tete Stigma kann schließlich besonders bei jüngeren Patient*innen zur Verheimli-chung der Erkrankung führen. Dies wurde im Prozess dieser Arbeit herausgearbei-tet und sollte in weiteren Studien noch eingehender untersucht werden. Da im Alter Stigmatisierung vorliegt und Behinderung ebenso wie behinderungsbezogenes Stigma mit dem Alter zunehmen, liegt die Vermutung nahe, dass im Alter andere Formen von Stigma eine Rolle spielen.
Turbulenz ist allgegenwärtig in der Natur. Ein wichtiges Charakteristikum sind Fluktuationen auf einer Vielzahl von räumlichen und zeitlichen Skalen, die sowohl in neutralen Fluiden und gasförmigen Systemen, als auch in Plasmen beobachtet werden. Obwohl der elektromagnetische Charakter von Plasmen eine erhöhte Komplexität von Plasmaturbulenz bedingt, sind die grundlegenden Eigenschaften universell. In magnetisch eingeschlossenen Plasmen führen fluktuierende Plasmaparameter zu turbulentem Transport von Plasmateilchen und Energie, der die Einschlusszeit verringert und wichtige Aspekte zukünftiger Fusionskraftwerke beeinflusst. Der intermittente Charakter dieses konvektiven Teilchenflusses ist verbunden mit turbulenten Strukturen mit großen Amplituden, auch "blobs" genannt, die radial durch das Magnetfeld propagieren. Intermittente Fluktuationen im Randplasma von Experimenten mit linearer Magnetfeldgeometrie werden ebenfalls propagierenden turbulenten Strukturen zugeschrieben. Dabei ist der Mechanismus der radialen Propagation kaum verstanden. In dieser Arbeit wird die Bildung und Propagation von turbulenten Strukturen im linear magnetisierten Helikonexperiment Vineta untersucht. Durch Messungen der Fluktuationen in der azimuthalen Ebene mit multi-dimensionalen Sonden wird gezeigt, dass turbulente Strukturen in Driftwellenturbulenz im Gebiet des maximalen Dichtegradienten entstehen. Die turbulenten Strukturen propagieren hauptsächlich azimuthal in Richtung der Hintergrund ExB-Drift, aber sie besitzen auch eine starke radiale Geschwindigkeitskomponente. Die radiale Propagation wird durch das selbstkonsistente Potential der turbulenten Struktur verursacht, dass zu einem fluktuations-induzierten radialen Transport führt. Im Plasmarand werden die turbulenten Strukturen als intermittente Dichteeruptionen mit großen Amplituden beobachtet. Ein Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit numerischen dreidimensionalen Fluid-Simulationen mit abgestimmten Geometrie- und Randbedingungen zeigt Übereinstimmung. Die Bildung der turbulenten Strukturen ist kausal mit einer quasi-kohärenten Driftmode verbunden und ihre radiale Propagation wird durch das selbstkonsistente elektrische Feld verursacht, dass aus der dreidimensionalen Dynamik resultiert. Zum Vergleich wird die Propagation von turbulenten Strukturen im Randplasma vom National Spherical Torus Experiment (NSTX) untersucht und mit theoretischen Propagationsmodellen verglichen.
Mithilfe der hochauflösenden funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) wurde die neuronale Respräsentation des Schluckens in zwei Altersgruppen von insgesamt 51 gesunden ProbandInnen (SeniorInnen: Durchschnittsalter 64 Jahre; junge Erwachsene: Durchschnittsalter 24 Jahre) untersucht. Zwei statistische Vergleiche (klassischer und Bayesscher Rückschluss) zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Altersgruppen. Einzig eine erhöhte kortikale Aktivierung im Frontalpol 1 des Brodmann-Areals 10 bei den SeniorInnen konnte mittels der Bayesschen Statistik gezeigt werden. SeniorInnen wiesen im Vergleich mit den jungen ProbandInnen zudem eine längere Reaktionszeit und eine höhere Hautleitfähigkeitsreaktion (SCR) während des Schluckens auf. Gleichzeitig konnte nur bei der Gruppe der alten Gesunden eine positive Assoziation der SCR mit fMRT-Aktivierung in Arealen gezeigt werden, welche sensomotorische Leistung, Erregung und emotionale Wahrnehmung verarbeiten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das hoch automatisierte Schlucknetzwerk auch im Alter seine Funktionalität beibehält. Allerdings scheinen SeniorInnen mit einer erhöhten Hautleitfähigkeit während des Schluckens kortikale Areale in Anspruch zu nehmen, welche bei der Aufmerksamkeitskontrolle und Emotionsregulation eine Rolle spielen. Dies kann möglicherweise eine erhöhte Aufmerksamkeit und emotionale Anforderung während der Erfüllung der Schluckaufgabe nahelegen.
Durch den CO2-Anstieg in der Atmosphäre kann es zu einer zunehmenden Veränderung im gelösten Karbonatsystem sowie des pH-Wertes der Oberflächenwässer der Ozeane kom-men (IPCC, 1996). Die potenziellen Auswirkungen dieser so genannten Ozeanversauerung auf die Ökosysteme der Meere gewinnen zunehmend an Bedeutung (Buck und Folger, 2009). Beispielsweise verursacht eine Versauerung der Meere eine Verschiebung der Kar-bonatsättigungswerte im Wasser, welches Auswirkungen auf die Schalenbildung von Or-ganismen aber auch auf die Remineralisierung von organischem Material und auf die Lö-sung von Karbonaten im Meeresboden hat (Guinotte und Fabry, 2008). Im Rahmen des Projektes BIOACID wurde die vorliegende Arbeit durchgeführt. Ziel der Arbeit war, die aktuelle Pufferwirkung des Wattenmeeres für das gesamte Karbonatsystem der Nordsee zu bestimmen. Um das Karbonatsystem der Wassersäule und deren Interakti-on mit dem Sediment zu verstehen, war es notwendig, vorher die biogeo- und physiko-chemischen Grundlagen der Auflösung von biogenen und abiogenen Karbonaten im Sedi-ment zu untersuchen. Hierfür wurden zum einen Laborexperimente und zum anderen in-situ Feldexperimente durchgeführt, um das Reaktionsverhalten von Karbonaten aus dem Wattenmeer zu bestimmen. Für die Untersuchung des aktuellen pelagischen Karbonatsys-tems und der benthisch-pelagischen Kopplung wurden umfangreiche Beprobungen der Wassersäule (tidal, räumlich, saisonal) und zusätzlich von kleinen Prielen und vom Poren-wasser durchgeführt. Aus den Daten wurde ein auf delta13C(DIC) und DIC basierendes Modell entwickelt, welches zur Interpretation von Karbonatsystemen benutzt werden kann. Für alle Probennahmen und Experimente wurde verschiedene Parameter bestimmt, wie die Struktur und Zusammensetzung der Karbonate, die Temperatur, der pH-Wert, die Haupt- und Spurenelemente, TA, delta13C (DIC), DIC. Zusätzlich wurden im Porenwasser die Sulfid- und Sulfatkonzentrationen gemessen. Das Sediment wurde auf Fe*, Mn* und Ca* sowie TC, TN, TS, TIC und TOC untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die untersuchten biogenen Karbonate (Mytilus edulis, Ce-rastoderma edule, Crassostrea spp., Ensis americanus, Spisula spp.) bis zu 0,1 logarithmi-sche Einheiten instabiler als die jeweiligen abiogenen Karbonate (Aragonit, Kalzit) waren. Dies war durch den Aufbau des Kristallgitter und deren eingebaute Organik erklärbar. Die Auflösungsraten wurden vom PCO2, der Temperatur, dem Salzgehalt, der Karbonatzusam-mensetzung, der Karbonatstruktur, der Korngröße und der Anwesenheit von Fremdionen beeinflusst. Es wurde eine Reaktionsordnung der biogenen und abiogenen Karbonate von 1 bis 2 bestimmt. Durch den Zusatz von Mn bzw. PO4 erhöhte sich die Reaktionsordnung auf 2,5 bis 3. Bei einer theoretischen Reaktionsordnung von 1 wurden Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten von lg (-4) bis lg (-3) bestimmt diese änderten dich durch die Zugabe von Fremdionen nur leicht zu negativeren Werten. Es konnte gezeigt werden, dass die Oberfläche durch Abschätzung über die Reaktionsrate am genausten war. Im Sediment konnten bei den in-situ Feldexperimenten eindeutige Lösungsvorgänge der Karbonate beobachtet werden. Es zeigten sich deutlich stärkere Lösungserscheinungen, wie Löcher und abgerundete Kanten, in den obersten Zentimetern als in tieferen Schichten. Dies ist durch die oxische bzw. suboxische Bedingungen erklärbar, die die besten Vorraus-setzungen für die Karbonatlösung gegeben. Durch die oxischen bzw. suboxischen Bedin-gungen sind die Fremdionen in Oxidiertem Zustand im Sediment vorhanden, dadurch sind diese inaktiv in Bezug auf inhibitorische Wirkungen auf die Karbonatlösung. Zusätzlich ist durch die Remineralisierungsprozesse (Manganreduktion, Eisenreduktion, Sulfatreduktion) das Porenwasser leicht an Karbonat untersättigt. Es konnte als vorherrschender Prozess eine Karbonatlösung festgestellt werden, die während der Jahreszeiten unterschiedlich stark ausgeprägt war. Das Karbonatsystem in der Wassersäule zeigte deutliche tidale, räumliche und saisonale Änderungen. Diese zeigten Mischungsprozesse mit der Nordsee und Süßwasser an, aber auch Einflüsse von benthischen (Remineralisierung) und pelagischen (Primärproduktion) Prozessen. Die Einflüsse waren über die Jahreszeiten unterschiedlich stark ausgeprägt. Während abfließenden Wassers trat Porenwasser aus dem Sediment und beeinflusste das Karbonatsystem des Wattemeers. delta13C (DIC) zeigte im Winter eine Korrelation mit dem Salzgehalt, was deutlich auf einen Mischungsprozess mit der Nordsee und den anderen Faktoren (Porenwasser, Süßwasser) schließen ließ. Dabei war die Nordsee der deutlich größere Einflussfaktor im Vergleich zu Porenwasser. Der Einfluss von Süßwasser direkt im Wattenmeer war sehr gering und auf Grund stark schwankender Abflussraten unregel-mäßig. Im Sommer konnten auf Grund einer Überlagerung des Mischungssignals durch biologische Aktivität in der Wassersäule keine Mischungsprozesse direkt gezeigt werden. Beim Vergleich von ostfriesischen und nordfriesischen Wattenmeer konnte gezeigt werden, dass dieselben Einflussfaktoren eine Rolle spielen. Die Variationsbereiche in diesen Gebieten waren wegen verschiedener Wasservolumina und Sedimente im Untergrund der einzelnen Tidebecken unterschiedlich hoch. Die Sedimenttypen hatten durch ihre unter-schiedlichen Transportmechanismen des Porenwassers einen Einfluss auf das Karbonatsys-tem der Wassersäule. Basierend auf diesen Daten konnte ein Modell zur Abschätzung der Quellen und Senken der Variablen des CO2-Systems entwickelt werden. Zur Modellierung werden lediglich die Werte von delta13C (DIC) und DIC benötigt, um alle Prozesse, welche das Karbonatsystem in der Wassersäule beeinflussen können, zu identifizieren. Das Modell kann tidale, saisonale und räumliche Prozesse trennen, welche zur Identifizierung der Quellen und Senken in Küstengebiete notwendig sind. Das Modell kann für alle Küstengebiete und Ästuare ange-wendet werden, aber auch für den offenen Ozean. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das Wattenmeer eine Quelle von Karbonat sein kann. Um dies quantitativ abzuschätzen zu können, werden die hier erhobenen Daten in prognostische Modelle (Pätsch und Kühn, 2008; Kühn et al., 2010) einfließen, um abzu-grenzen in welchen Jahreszeiten das Watt als Quelle und wann als Senke für das Karbonat-system fungiert. In weiteren Arbeiten sollte der Einfluss der Fremdionen auf die Karbonatauflösung näher untersucht werden. In dieser Arbeit konnte der Einfluss in Laborexperimenten nachgewie-sen werden, in den in-situ Feldexperimenten aber nicht. Es sollte geklärt werden, auf wel-che Weise die Inhibition funktioniert und welche minimalen und möglicherweise maxima-len Konzentrationen inhibierend wirken. In diesem Zusammenhang wäre auch eine Unter-suchung sinnvoll, die auch oxidiertes Mangan in Form von Manganoxiden einsetzten bzw. Mangankrustenbildung in Zusammenhang mit Karbonatlösung und –fällung betrachten. Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Einfluss der Mikroorganismen auf die Karbonatauflö-sung im Sediment zu untersuchen, bereits Knauth-Köhler, K. (1995) hat in ihrer Diplomar-beit in Miesmuschelbänken gezeigt, dass Mikrooganismen die Karbonatschalen beeinflus-sen.
Shunts stellen eine therapeutische Option bei intrakranieller Drucksteigerung dar. Diese Arbeit beruht auf den Ergebnissen einer Studie mit 22 Patienten. Analysiert wurden die Blut- und Liquorproben dieser Patienten im Hinblick auf die Veränderung der Nieren- und Eisenparameter sowie die Verteilung des liquor-spezifischen Beta-Trace-Proteins.
Das aus antarktischem Meereis stammende und auch bei geringen Temperaturen schnell wachsende γ Proteobakterium Pseudoalteromonas haloplanktis TAC125 (PhTAC125) ist ein Modellorganismus für kälteangepasste Bakterien und Enzyme. Zusätzlich ist es ein alternativer Expressionswirt für die lösliche Überproduktion von heterologen Proteinen, die in etablierten Expressionswirten zur Bildung von inclusion bodies neigen. Bisher sind bei PhTAC125 im Rahmen der Erforschung von Kälteanpassungsmechanismen bzw. der Optimierung des kälteangepassten Expressionssystems nur Teilaspekte der Physiologie, des Stoffwechsels und der Bioprozessoptimierung untersucht worden. Bis zum Beginn dieser Dissertation gab es kaum Experimente, die sich mit der dynamischen und nahezu ganzheitlichen Betrachtung der Veränderung zellulärer Zustände und des Stoffwechsels von PhTAC125 beschäftigt haben. Darüber hinaus sind trotz der Fortschritte bei der Etablierung von PhTAC125 als alternativer Expressionswirt die bisher erzielten Biomassekonzentrationen gering. Aus diesem Grund wurden in dieser Dissertation zur Untersuchung des Stoffwechsels die exponentielle Wachstumsphase sowie vergleichende Untersuchungen verschiedener Wachstumsphasen und zellulärer Kompartimente auf Basis der Proteomanalytik durchgeführt. Zusätzlich konnte mit Hilfe der Fed-Batch-Kultivierungstechnik die Biomassekonzentration im Vergleich zu den herkömmlichen Methoden deutlich gesteigert werden. Zur Untersuchung der Physiologie und des Stoffwechsels von PhTAC125 während des exponentiellen Wachstums wurde das Proteom analysiert. Neben den typischen stark exprimierten Kategorien der exponentiellen Wachstumsphase wie Protein- u. Nukleotidbiosynthese, Aminosäure- u. Kohlenstoffmetabolismus, stellten sich vor allem die Proteine des TonB abhängigen Transportsystems (TBDT), sowie der Kategorien Entgiftung und Coenzyme für PhTAC125 als wichtig heraus. Das TBDT ist wegen seiner hohen Abundanz im Proteom und seiner potentiellen Beteiligung am Transport von Proteinabbauprodukten für PhTAC125 ähnlich bedeutend wie die anderen Kategorien mit einer hohen Anzahl stark exprimierter Proteine. Auch die Proteine zum Schutz vor ROS (reactive oxygen species) und die der Biosynthesewege der Coenzyme sind besondere und bedeutende Merkmale von PhTAC125. Der ROS Schutz ist bei kälteangepassten Bakterien während des Wachstums bei geringen Temperaturen (≤ 20°C) mit erhöhter Sauerstofflöslichkeit und der damit verbundenen verstärkten ROS-Bildung essentiell. Die Verfügbarkeit der meisten Biosynthesewege der Coenzyme im Proteom von PhTAC125 ist ein besonderes Charakteristikum gegenüber vielen anderen Wasser- und Bodenmikroorganismen und kennzeichnet einen potentiellen Wachstumsvorteil. Zur vergleichenden Untersuchung der unterschiedlichen zellulären Kompartimente von PhTAC125 wurden 2D-Gelbilder des Cyto- und Periplasmas erstellt und gegenübergestellt. Das periplasmatische Kompartiment war wesentlich durch Signalpeptid-haltige Proteine des TBDT, Porine und periplasmatische Peptidasen und Chaperone charakterisiert. Die Untersuchung der Proteomsignaturen unter Nährstofflimitationsbedingungen basierte auf dem Vergleich der späten exponentiellen und stationären Wachstumsphase mit der exponentiellen Wachstumsphase. Beide Wachstumsphasen waren durch Kategorien mit hoher Anzahl an gering exprimierten Proteinen dominiert. Dabei handelte es sich vor allem um die Kategorien der Nukleotid-, Protein- und RNS-Biosynthese. Diese potentiell reprimierten Kategorien der späten exponentiellen und stationären Wachstumsphase waren in Verbindung mit der Limitation der meisten Aminosäuren ein deutlicher Hinweis auf die stringent response. In diesem Zusammenhang schienen die stärker exprimierten Proteine (TBDT, Porine, Peptidasen/Protease und PilQ) positiv durch die stringent response eguliert zu sein, um das Überleben unter Nährstofflimitationbedingungen zu garantieren. Bei der Bioprozessoptimierung zur Steigerung der Biomassekonzentration von PhTAC125 wurden zwei verschiedene FB-Strategien durchgeführt. Bei der ersten Strategie wurde eine komplexe Aminosäurequelle (Casamino Acids) als Substrat eingesetzt und über konstante oder exponentielle Substratzufütterungsprofile eine optische Dichte (OD) von 30 erreicht. Im Vergleich zu den bisherigen in der Literatur beschriebenen Bioprozessen von PhTAC125 wurde die finale Biomassekonzentration 3 fach erhöht. Bei der zweiten FB-Strategie wurde ein „definierteres“ Substrat bestehend aus Glycerol und Glutamat für die Fütterungslösung eingesetzt. Mit einer anfänglichen exponentiellen gefolgt von einer konstanten Fütterungsrate konnte die Biomassekonzentration (OD = 86) gegenüber den veröffentlichen Ergebnissen 8 fach gesteigert werden. Zusammenfassend konnten erste proteombasierte Aussagen zur Physiologie und zum Stoffwechsel von PhTAC125 getroffen und erste Bioprozessstrategien zur gezielten Biomassesteigerung entwickelt werden.
Abstract
Objective
This study was undertaken to calculate epilepsy‐related direct, indirect, and total costs in adult patients with active epilepsy (ongoing unprovoked seizures) in Germany and to analyze cost components and dynamics compared to previous studies from 2003, 2008, and 2013. This analysis was part of the Epi2020 study.
Methods
Direct and indirect costs related to epilepsy were calculated with a multicenter survey using an established and validated questionnaire with a bottom‐up design and human capital approach over a 3‐month period in late 2020. Epilepsy‐specific costs in the German health care sector from 2003, 2008, and 2013 were corrected for inflation to allow for a valid comparison.
Results
Data on the disease‐specific costs for 253 patients in 2020 were analyzed. The mean total costs were calculated at €5551 (±€5805, median = €2611, range = €274–€21 667) per 3 months, comprising mean direct costs of €1861 (±€1905, median = €1276, range = €327–€13 158) and mean indirect costs of €3690 (±€5298, median = €0, range = €0–€11 925). The main direct cost components were hospitalization (42.4%), antiseizure medication (42.2%), and outpatient care (6.2%). Productivity losses due to early retirement (53.6%), part‐time work or unemployment (30.8%), and seizure‐related off‐days (15.6%) were the main reasons for indirect costs. However, compared to 2013, there was no significant increase of direct costs (−10.0%), and indirect costs significantly increased (p < .028, +35.1%), resulting in a significant increase in total epilepsy‐related costs (p < .047, +20.2%). Compared to the 2013 study population, a significant increase of cost of illness could be observed (p = .047).
Significance
The present study shows that disease‐related costs in adult patients with active epilepsy increased from 2013 to 2020. As direct costs have remained constant, this increase is attributable to an increase in indirect costs. These findings highlight the impact of productivity loss caused by early retirement, unemployment, working time reduction, and seizure‐related days off.
Objective: To evaluate the efficacy and tolerability of brivaracetam (BRV) in a severely drug refractory cohort of patients with epileptic encephalopathies (EE).
Method: A multicenter, retrospective cohort study recruiting all patients treated with EE who began treatment with BRV in an enrolling epilepsy center between 2016 and 2017.
Results: Forty-four patients (27 male [61%], mean age 29 years, range 6 to 62) were treated with BRV. The retention rate was 65% at 3 months, 52% at 6 months and 41% at 12 months. A mean retention time of 5 months resulted in a cumulative exposure to BRV of 310 months. Three patients were seizure free during the baseline. At 3 months, 20 (45%, 20/44 as per intention-to-treat analysis considering all patients that started BRV including three who were seizure free during baseline) were either seizure free (n = 4; 9%, three of them already seizure-free at baseline) or reported at least 25% (n = 4; 9%) or 50% (n = 12; 27%) reduction in seizures. An increase in seizure frequency was reported in two (5%) patients, while there was no change in the seizure frequency of the other patients. A 50% long-term responder rate was apparent in 19 patients (43%), with two (5%) free from seizures for more than six months and in nine patients (20%, with one [2 %] free from seizures) for more than 12 months. Treatment-emergent adverse events were predominantly of psychobehavioural nature and were observed in 16%.
Significance: In this retrospective analysis the rate of patients with a 50% seizure reduction under BRV proofed to be similar to those seen in regulatory trials for focal epilepsies. BRV appears to be safe and relatively well tolerated in EE and might be considered in patients with psychobehavioral adverse events while on levetiracetam.
Die adäquate Therapie und damit das Outcome von Patienten mit schwerer Sepsis und septischem Schock sind trotz intensiver Forschung nach wie vor unbefriedigend. Dabei stellt auch die Diagnose und Behandlung der sepsis-assoziierten Enzephalopathie eines der ungelösten Probleme dar. In den letzten Jahren wurden große Hoffnungen in das später vom Markt genommene Drotrecogin alpha gesetzt. In der hier vorliegenden Arbeit sollte zunächst ein geeignetes Modell zur Untersuchung der zerebralen Mikrozirkulation etabliert werden. Hierzu wurden Pia mater-Gefäße mittels Trepanation freigelegt und die bereits von der Forschung an der intestinalen Durchblutung etablierte Intravitalmikroskopie, welche als Vergleichsmethode benutzt wurde, eingesetzt. Daraufhin wurde die Anwendung zweier, in der experimentellen Forschung häufig verwendeter Sepsismodelle geprüft. Diese waren einerseits die Induktion einer Endotoxinämie mittels direkter Applikation von E.coli-Toxinen sowie andererseits die Auslösung einer Septikämie mittels CASP-Operation. In beiden Versuchsmodellen ließ sich eine adäquate septische Reaktion mit relevanter Störung der zerebralen Mikrozirkulation sowie Aktivierung der Leukozyten-Endothel-Interaktion nachweisen. In einem zweiten Schritt wurden an einem dieser beiden Modelle, der Endotoxinämie, Auswirkungen einer Therapie mit aktiviertem Protein C untersucht. Es fand sich ein protektiver Einfluss auf die Kapillarperfusion, sowie eine Reduktion der Leukozytenadhärenz. Bezüglich der Makrozirkulation sowie der Plasmaextravasation ließen sich keine signifikanten Veränderungen beobachten. Die Ergebnisse dieser Untersuchung bestätigen Effekte von aktiviertem Protein C auf die Mikrozirkulation, die bereits an anderen Organen und Geweben erhoben wurden. Trotz der Marktrücknahme des rekombinant hergestellten Wirkstoffes auf Grund nicht reproduzierbarer Effekte auf die Sepsis-Mortalität bleibt somit die Frage, ob in den kommenden Jahren eine Wiedereinführung der Medikation bei spezifischen Patientengruppen und Organdysfunktionen sinnvoll ist.
Sowohl für die Leistungsausprägung als auch die Gesundheit landwirtschaftlicher Nutztiere ist die relative Verteilung von Skelettmuskel- und Fettgewebe ein entscheidender Faktor. Entwicklungs- und Wachstumsprozesse werden neben gewebespezifischen Faktoren auch durch Wechselwirkungen zwischen beiden Geweben beeinflusst. Beim Menschen sind das Auftreten von Adipositas und die damit verbundene geringere Ausprägung der Muskulatur und Veränderung metabolischer Prozesse entscheidende Risikofaktoren für die Entwicklung von Krankheiten. Die Aufklärung der Regulation der Entwicklung von Muskel- und Fettgewebe ist daher ein wichtiges Anliegen der Nutztierforschung, aber auch der humanmedizinischen Forschung. Adiponectin und Leptin gehören zu den am besten untersuchten Adipokinen, wobei der Fokus hauptsächlich auf der Regulation der Fettsäureoxidation, des Glucosestoffwechsels und der Insulinsensitivität lag und liegt. Beide Faktoren können sowohl von Fett- als auch Skelettmuskelgewebe synthetisiert und sezerniert werden und somit physiologische Prozesse in beiden Geweben beeinflussen. In wenigen Studien, hauptsächlich durchgeführt am Muskel von Nagern, wurden unterschiedliche Ergebnisse gezeigt, die auf widersprüchliche Effekte (positiv, negativ oder nicht nachweisbar) der Adipokine auf das Muskelwachstum hinweisen. Die Wirkung beider Adipokine auf den Proteinstoffwechsel porciner Muskelzellen wurde bisher noch nicht beschrieben. Ebenso gibt es bislang keinen Nachweis für das Vorhandensein der spezifischen Rezeptorproteine für Adiponectin (ADIPOR1, ADIPOR2) und Leptin (LEPR) im Skelettmuskel des Schweins. Das Ziel der Untersuchungen dieser Arbeit bestand in der Erforschung zellulärer und molekularer Prozesse der Regulation des Wachstums porciner Skelettmuskelzellen durch Adiponectin und Leptin. Es sollten erstmals 1) die direkte Wirkung beider Adipokine auf das Wachstum und die Differenzierung porciner Skelettmuskelzellkulturen und 2) die zugrundeliegenden Regulationsmechanismen unter Beteiligung wichtiger Signalwege des Energie- und Proteinstoffwechsels beschrieben werden. Aufgrund der Genexpression der spezifischen Rezeptoren für Adiponectin kann der porcine Skelettmuskel als Adiponectin-sensitives Gewebe betrachtet werden. Bei den Untersuchungen zeigte sich, dass die Wirkungen von Adiponectin und Leptin auf proliferierende porcine Skelettmuskelzellen von den vorherrschenden Kulturbedingungen abhängig sind. Die Behandlung mit Adiponectin bei der Verwendung von serumfreiem aber Wachstumsfaktor-supplementiertem Medium resultierte in einer verminderten DNA-Syntheserate, welche auf Wechselwirkungen zwischen dem Adipokin und dem im Medium vorhandenen Wachstumsfaktor bFGF zurückzuführen war. Für Leptin konnte unter diesen Bedingungen nur eine kurzzeitige Hemmung der Proliferation porciner Muskelzellen beobachtet werden. Des Weiteren wurde die Wirkung von Adiponectin, aber nicht Leptin, auf die Prolfiferation porciner Myoblasten durch Ölsäure moduliert. Weiterhin zeigte sich, dass die Vitalität adipokinbehandelter Zellen im Vergleich zu unbehandelten Kontrollzellen unter serumfreien, wachstumsfaktor-supplementierten Bedingungen leicht verbessert war. Unter Niedrigserumbedingungen führten beide Adipokine zu einer gesteigerten DNA-Syntheserate, welche bei Leptin mit einer Verminderung der Zellzahl einherging. Im Gegensatz zu serumfreien Kulturbedingungen, unter denen die vorhandenen Wachstumsfaktoren die Zellen offensichtlich vor einem negativen Einfluss der Adipokine schützen, wurde bei der Verwendung von Medium mit niedrigem Serumgehalt eine verminderte Zellvitalität adipokinbehandelter Zellen beobachtet. Ein Einfluss von Adiponectin und Leptin auf den Proteinstoffwechsel differenzierender Kulturen konnte unter den verwendeten Kulturbedingungen nicht gezeigt werden. Weiterhin erhöhten Adiponectin und Leptin zwar den Differenzierungsgrad porciner Myoblasten in Form eines erhöhten Fusionsgrades, aber nicht bezüglich der Aktivität des Markerenzyms Creatinkinase. Die Untersuchungen verschiedener intrazellulärer Schlüsselsignalmoleküle zeigen erste Hinweise auf eine Beteiligung des p44/42 MAPK Signalweges an der Vermittlung der Adipokineffekte, obwohl dessen Aktivierung möglicherweise zu kurz ist, um eine langfristige stimulierende Wirkung auf downstream targets und somit auf physiologische Prozesse zu haben. Die Ergebnisse dieser Arbeit leisten zum einen einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung der Regulation von Wachstums- und Entwicklungsprozessen des Muskel- und Fettgewebes durch wechselseitige Beeinflussung. Zum anderen sind die beim Schwein gewonnenen Erkenntnisse aufgrund der dem Menschen ähnlichen Physiologie durchaus auf die Humanforschung übertragbar und somit ebenfalls für die Erforschung adipositas-assoziierter Erkrankungen beim Menschen relevant.
Zielsetzung: Die Schädelbasis steht sowohl mit dem Oberkiefer, als auch mit dem Unterkiefer in Verbindung. Daher liegt die Vermutung nahe, dass diese eine wichtige Rolle bei Klasse III Anomalien spielt. Die vorliegende Studie hatte zum Ziel zur Klärung der widersprüchlichen Literaturangaben die Schädelbasiskonfiguration bei Patienten mit skelettaler Klasse III zu untersuchen. Material und Methode: Von 54 Patienten mit skelettaler Klasse III und 54 Kontrollpatienten (Klasse I, II/1, II/2) im Alter von 14 bis 24 Jahren wurden retrospektiv die Anfangsfernröntgenseitenbilder anhand von 21 zephalometrischen basikranialen Parametern sowie die Kieferlängen in Bezug zur vorderen Schädelbasislänge untersucht. Ergebnis: Im Gegensatz zur Gesamtschädelbasislänge zeigte sich beim anterioren Abschnitt (S-N) und beim posterioren Abschnitt (S-Ba, S-Ar) keine signifikante Verkleinerung bei Klasse III Patienten. Die signifikant spitzeren Winkel (Ca-S-Ba und Se-S-Ba) spiegeln eine vergrößerte Schädelbasisknickung wider. Die konsekutive Kondylenverlagerung nach anterior konnte durch eine signifikante Verminderung von Se-S-Cd und Ar-Ca gezeigt werden. Die relative Mandibulalänge war signifikant vergrößert. Schlussfolgerung: Eine Minderung der Schädelbasisknickung bei Patienten mit skelettaler Klasse III konnte eindeutig bestätigt werden. Die Gesamtverkürzung der Schädelbasis ist offenbar das Ergebnis verschiedener kleinerer Veränderungen. Die Ergebnisse decken sich mit der Hypothese der „defizitären Orthozephalisation“ bei der Klasse III Morphgenese. Die basikranial-maxilläre Relation bei skelettaler Klasse III bleibt unklar.
Das quantitative Schädelwachstum bei Hydrocephalus wird anhand seitlicher Röntgenaufnahmen beschrieben und mit der Literatur verglichen. Insgesamt kommen 325 Aufnahmen von 95 Patienten (46 männlich, 49 weiblich, 89 operiert, Alter: 0-238 Monate) zur Auswertung. Die Meßstrecken (insgesamt 20) und der Nasion-Sella-Basion-Winkel werden auf Folien durchgezeichnet. Es wird mit dem mathematischen Modell der homogenen linearen Differentialgleichung zweiter Ordnung mit konstantem Koeffizienten geprüft, ob ein Sättigungswachstum vorliegt. Die Wachstumsgeschwindigkeit und -beschleunigung sind als Kurven dargestellt. Der Wilcoxon-Test wird zur Ermittlung der Signifikanz der Wachstumsveränderungen angewandt. Die einfache lineare Regression beschreibt die Beziehungen zwischen den Meßstrecken. Die ermittelten Vertrauensintervalle dienen zum Vergleich der Wachstumskurven zwischen beiden Geschlechtern. Als Ergebnis zeigt sich eine monoton abnehmende Größenzunahme aller Schädelabschnitte (Ausnahme: Schädelbasisknickungswinkel). Der Nasion-Sella-Basion-Winkel stellt eine konstante Struktur dar. Die beim normgerechten Schädelwachstum vorhandenen höheren Meßwerte bei männlichen Probanden sind nur bei wenigen Meßstrecken statistisch beweisbar. Die Ergebnisse der Regressionsanalyse spiegeln eine relativ harmonische Schädelentwicklung bei therapierten Patienten mit Hydrocephalus wider.