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Emerging infectious diseases are among the greatest threats to human, animal and plant health as well as to global biodiversity. They often arise following the human-mediated transport of a pathogen beyond its natural geographic range, where host species are typically not well adapted due to a lack of co-evolutionary host-pathogen dynamics. One such pathogen is the fungus Pseudogymnoascus destructans (Pd), which causes White-Nose disease in hibernating bats. While Pd was first observed in North America where it has led to mass-mortalities in some bat species, the pathogen originates from Eurasia where infection is not associated with mortality. Most of the Pd research has focused on the invasive North American range, which likely underestimated the genetic structure of the pathogen and the role it might play in the disease dynamics.
In my work, I therefore evaluated the genetic structure of Pd in its native range with the aim of uncovering cryptic diversity and further use population genetic data to address some key ecological aspects of the disease dynamics. With an extensive reference collection of more than 5,000 isolates from 27 countries I first demonstrated strong differentiation between two monophyletic clades across several genetic measures (multi-locus genotypes, full genome long-read sequencing and Illumina NovaSeq on isolate pools). These findings are consistent with the presence of two cryptic species which are both causative agents of bat White-Nose disease (‘Pd-1’, which corresponds to P. destructans sensu stricto, and ‘Pd-2’). Both species exist in the same geographic range and co-occur in the same hibernacula (i.e., in sympatry), though with specialised host preferences. I further described the fine-scale population structure in Eurasia which revealed that most genotypes are unique to single hibernacula (more than 95% of genotypes). The associated differences in microsatellite allele frequencies among hibernacula allowed the use of assignment methods to assign the North American isolates (exclusively Pd-1) to regions in Eurasia. Hence, a region in Ukraine (Podilia) is the most likely origin of the North American introduction.
To gain further insights into the spatial and temporal dynamics of White-Nose disease on a localised scale, several hibernacula were sampled with high intensity (artificial hibernaculum in Germany and natural karst caves in Bulgaria). Low rates of Pd gene flow were observed even among closely situated hibernacula. This indicates that Pd does not remain viable on bats over summer or it would be frequently exchanged among bats (and hence hibernacula) resulting in a homogenous distribution of genotypes. Instead, bats need to become re-infected each hibernation season to explain the yearly re-occurrence of White-Nose disease. Given the distribution and richness of Pd genotypes on hibrnacula walls and infected bats of the same hibernacula, bats become infected from the hibernacula walls when they return after summer. This means that environmental reservoirs exist within hibernacula (i.e., the walls) on which Pd spores persist during bat absence and which drive the yearly re-occurrence of White-Nose disease. In an experimental setup, I confirmed the long-term viability of Pd spores on abiotic substrate for at least two years and furthermore discovered temporal variations in Pd spores’ ability to germinate. In fact, these variations followed a seasonal pattern consistent with the timing of bats absence (reduced germination) and presence (increased germination) and could indicate adaptations of Pd to the bats’ life-cycle. The infection of bats from environmental reservoirs hence seems to be a central aspect of White-Nose disease dynamics and Pd biology.
Pds ability to remain viable for extended periods outside the host increases its risk of being anthropogenically transported and might have played a role in the emergence of White-Nose disease in North America. The existence of a second species (Pd-2) poses a great additional danger to North American bats considering that its introduction there could lead to deaths and associated population declines in so-far unaffected species given what is known about differing host species preferences in Eurasian bats. Even within the native range of Pd, the movement of Pd between differentiated fungal populations could facilitate genetic exchanges (e.g., through sexual reproduction) between genetically distant genotypes. Such genetic exchanges could lead to phenotypic jumps in pathogenicity or host-species preferences and should hence be prevented.
The native range of a pathogen holds great potential to better understand the genetic and ecological basis of a (wildlife) disease. My work informs about the dangers associated with the accidental transport of Pd (and other pathogens) and highlights the need for ‘prezootic’ biosecurity-oriented strategies to prevent disease outbreaks globally. Once a pathogen has arrived in a new geographic range, and particularly if it has environmentally durable spores (as demonstrated for Pd), it will be difficult/impossible to eradicate. Furthermore, a pathogen’s ability to remain viable outside the host and infect them from environmental reservoirs has been associated with an increased risk of species extinctions and needs to be considered when designing management strategies to mitigate disease impact.
Gegenstand der Arbeit ist ein Vergleich des Transferpreissystems der OECD, der gemeinsamen konsolidierte Körperschaftsteuer-Bemessungsgrundlage (GKKB) und der Bemessungsgrundlagenteilung nach Georg Schanz als Systeme zur internationalen Steuersubstrataufteilung. Die Ausgangsfragen lauten: „Können die Maßnahmen des BEPS Projekts eine Doppel- bzw. eine Doppelnichtbesteuerung multinationaler Unternehmungen (MNU) zukünftig vermeiden?“ und „Welche alternativen System sind andernfalls verfügbar?“
Im Fokus stehen die individuellen Aufteilungsmechanismen als zentraler Baustein der jeweiligen Systeme. Begleitende Maßnahmen werden nur berücksichtigt, wenn sie die Substrataufteilung beeinflussen. Nicht untersucht werden Maßnahmen zum Informationsaustausch oder Wege zur Rechtsangleichung, da diese rein unterstützenden Charakter besitzen, ohne die Aufteilung selbst zu beeinflussen.
Nach der Einleitung erfolgt in Teil zwei die Grundlegung. Die Begriffe Doppel- und Doppelnichtbesteuerung werden definiert. Die Notwendigkeit beide zu vermeiden sowie die Anreize für multinationale Unternehmen steuerlich zu gestalten werden diskutiert, und die Instrumente der internationalen Steuergestaltung werden aufgezeigt.
Der Vergleich erfolgt anhand ausgewählter qualitativer Kriterien. Diese werden im Teil drei dargestellt und setzen sich aus rechtlichen, ökonomischen und politischen Anforderungen zusammen. Besondere Bedeutung besitzt die Bestimmung des Ortes der Wertschöpfung, denn diesem Ort ein größerer Teil des Steuersubstrates zugeordnet werden soll. Er ist somit für die Aufteilung von erheblicher Bedeutung, zugleich lässt er sich durch die integrierte Wirtschaftsweise multinationaler Unternehmen zunehmend schwieriger bestimmen.
Im Teil vier der Arbeit werden die Aufteilungssysteme vorgestellt, auf theoretischer Ebene kritisiert und anhand des in Teil drei entwickelten Kriterienkatalogs verglichen. Das Transferpreissystem als internationaler Standard und die GKKB als Vorschlag der EU Kommission sind intensiv erforschte Aufteilungssysteme. Sie werden in ihrem gegenwärtigen Entwicklungsstand in die Untersuchung einbezogen.
Die Bemessungsgrundlagenteilung nach Georg Schanz dagegen wurde seit ihrer Veröffentlichung im Jahre 1892 kaum untersucht. Daher wird sie zunächst an das gegenwärtige wirtschaftliche Umfeld angepasst. Die Aufteilung der Besteuerungsrechte erfolgt vor der Substratermittlung anhand der Qualität und Intensität der wirtschaftlichen Beziehung zu einem Staat. Entscheidend ist, ob zu diesem eine produktive oder konsumtive Beziehung besteht sowie deren relativen Bedeutung für die multinationale Unternehmung. Alle Einkunftsarten werden gleich behandelt. Folglich beeinflusst deren Wahl die Besteuerungsrechtszuordnung nicht. Die relative Bedeutung wird mittels Erfolgsgrößen gemessen. Damit knüpft die Aufteilung an die unternehmerische Zielstellung an und bringt die Unternehmensziele in Einklang mit dem zwischenstaatlichen Aufteilungsziel. Jeder Staat darf das Substrat nach seinem Steuerrecht aufteilen, somit entfällt die Steuerrechtsharmonisierung. Zwar können aufgrund dessen Abweichungen bei der Substratzuordnung auftreten, welche sich im Zeitablauf ausgleichen jedoch sollten.
Aus der Untersuchung folgt, dass das Transferpreissystem trotz umfangreicher Anpassungen die Besteuerung am Ort der Wertschöpfung weiterhin nicht gewährleisten kann. Das BEPS Projekt verfehlt sein zentrales Ziel. Darüber hinaus verstößt es gegen die Entscheidungsneutralität als wesentliches ökonomisches Prinzip. Mithin bestehen Anreize und Möglichkeiten, Einfluss auf die Steuersubstrataufteilung zu nehmen, fort.
Die GKKB schneidet besser ab, denn sie kann besser das Steuersubstrat nach dem Wertschöpfungsbeitrag abgrenzen und Aktivitätsverlagerungen erfassen. Allerdings ist es nicht entscheidungsneutral und reizt ebenfalls zu Gestaltungen an.
Die Bemessungsgrundlagenteilung kann sowohl die wirtschaftliche Zugehörigkeit als auch den Wertschöpfungsbeitrag zutreffend erfassen. Darüber hinaus gewährleistet sie Entscheidungsneutralität. Steuerliche Anreize zur Gestaltung der unternehmerischen Tätigkeit bestehen nicht. Dieses System erfüllt die in Kapitel drei definierten Anforderungen am besten.
Da die Arbeit nur die einperiodige, laufende Unternehmensbesteuerung berücksichtigt, besteht weiterer Forschungsbedarf. Insbesondere mit Blick auf die Bemessungsgrundlagenteilung sollte untersucht werden:
- Wie sich besonderen Geschäftsleitungsentscheidungen, wie z.B. Gründung, Umstrukturierung und Umwandlung auswirken?
- Welche intertemporären Effekte können auftreten?
- Muss die Aufteilung anhand der Qualität der wirtschaftlichen Beziehung weltweit einheitlich erfolgen oder können die Staaten bilateral abweichen, ohne Gestaltungsanreize zu setzen?
Der Begriff Nachhaltigkeit hat längst Eingang in den deutschen Sprachgebrauch gehalten. Doch
wie verhält es sich mit dem Verständnis zum Paradigma Nachhaltigkeit, welches sich im
soziologischen, ökonomischen und ökologischen Wirkungsgefüge bewegt? Aufgrund ihrer
sozialen Relevanz, ihrer distributiven Verflechtungen und ihrer Bedeutung für den
Wohlfahrtsstaat kommt Unternehmen eine große Bedeutung zu. Hilfreich für die Erforschung
des komplexen und dynamischen Nachhaltigkeitsprozesses sind individualisierte Sichtweisen in
räumlichen Abgrenzungen. Biosphärenreservate, die weltweit von der UNSECO als
Modellregionen für nachhaltige Entwicklung als solche anerkannt wurden, bieten sich hierfür
an. Die übergeordnete Forschungsfrage dieser Arbeit lautet daher: Wie wird in den UNESCOBiosph
ärenreservaten die nachhaltige Entwicklung, speziell verantwortungsvolles Wirtschaften,
exemplarisch verwirklicht?
Eine Einordnung in den Nachhaltigkeitsdiskurs zeigt aktuelle Perspektiven auf und stellt die
Nachhaltigkeitsforschung im Kontext der Biosphärenreservate sowie die Bedingungen für
verantwortungsvolles Wirtschaften vor. Als forschungsrelevante Zielgruppen wurden die
Verwaltungen der UNSECO-Biosphärenreservate (BR), Multiplikatoren der Wirtschaft (z.B.
kommunale Wirtschaftsförderungen, IHK, Handwerkskammern, Bauern- und
Wirtschaftsverbände) sowie Unternehmen in bzw. an BR identifiziert. Mithilfe von
leitfadengestützten Experteninterviews und hybriden Fragebögen erfolgte die Datenerhebung,
die mit der Grounded Theory bzw. grafisch ausgewertet wurden.
Die Datenerhebung hat gezeigt, dass BR-Verwaltungen bislang überwiegend für
Umweltschutzbelange mandatiert und für die Einflussnahme hinsichtlich verantwortungsvollen
Wirtschaftens auf Kooperationspartner angewiesen sind. Wirtschaftsbezogene Aktivitäten sind
innerhalb ihrer Netzwerke der Partnerbetriebe etabliert, sie fokussieren überwiegend die
Direktvermarktung regionaler Produkte und die Inwertsetzung der naturverträglichen
Tourismusangebote. Innerbetriebliche Prozesse werden von einigen BR-Verwaltungen mit
Beratungsangeboten zu Umweltmanagementsystemen (z.B. EMAS) begleitet. Etliche BR weisen
wenn überhaupt nur einen geringen Besatz an Industrie- oder Dienstleistungsunternehmen, ihre
Verwaltungen haben daher auch kaum Berührungspunkte zu den Betrieben des sekundären und
tertiären Sektors außerhalb der Tourismusbranche. Die auf repräsentative Kulturräume
ausgerichteten Zonierungskonzepte der BR können diesbezüglich überdacht werden. Deutlich
wird, dass Handlungskompetenzen in wirtschaftsorientierten Themenkomplexen (Beratung zu
Fördermöglichkeiten, Innovationen, Technologieanwendung, Unternehmensgründung, mobiles
Arbeiten, Aus- und Weiterbildung, Vereinbarkeit von Beruf und Familie, Fachkräftesicherung,
Zertifizierungen, Produktentwicklung, Prozessoptimierung, Digitalisierung) nach Institutionen
durch die Wirtschaftsvertreter überwiegend den IHK, den Handwerkskammern und
Wirtschaftsförderungen und weniger den BR-Verwaltungen zugeschrieben werden.
Mehrheitlich beurteilen die befragten Unternehmen die Handlungsfähigkeit von BRVerwaltungen
hinsichtlich des Naturschutzes, der Vermarktung regionaler Produkte und
Dienstleistungen sowie von Agrarumweltmaßnahmen positiv. Dagegen ist den Unternehmen
die Handlungsfähigkeit der BR-Verwaltungen auf den Gebieten der Verkürzung von
Planungsverfahren, der Prozessinnovation, des Energiemanagements und der
Fachkräftesicherung weitestgehend unbekannt. Eine große Mehrheit der Unternehmer meint
zudem, dass sich die Ziele und Aktivitäten der BR-Verwaltungen vorrangig auf
Naturschutzmaßnahmen beziehen. Weiterhin meinen sie, richtet die sich die Unterstützung von
Unternehmen überwiegend auf die Vermarktung regionaler Produkte und traditionelles
Handwerk. Die 17 Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen haben bislang keinen
breitenwirksamen Bekanntheitsgrad in der befragten Unternehmerschaft gefunden.
In einem integrierten Verständnis fließen ökologische und soziale Aspekte der Nachhaltigkeit in
die konzeptionellen Grundlagen der BR ein, die ökonomische Dimension dagegen reduziert sich
oft auf die Bereiche Landwirtschaft und Tourismus. Weiterführende Aktivitäten hinsichtlich
nachhaltigen Wirtschaftens überlassen BR-Verwaltungen derzeit überwiegend der Expertise
wirtschaftsfördernder Institutionen, die sich aus ihrer Sicht originär mit innerbetrieblichen
Prozessen befassen.
Der Austausch von Grundlagendaten oder Ergebnissen bisheriger Datenerhebungen zwischen
den BR-Verwaltungsstellen – einem potenziellen Wesensmerkmal von Modellregionen – wird
durch das Fehlen entsprechender Infrastruktur deutlich erschwert, bzw. ist nicht möglich.
Technische und personelle Ressourcen für die digitale Datenaufbereitung und -pflege in den BRVerwaltungen
sind überwiegend nicht vorhanden.
Mit der Anerkennung eines BR durch die UNESCO muss auch seine Anerkennung als
Modellregion für nachhaltige Entwicklung durch alle beteiligten Interessengruppen
einschließlich seiner Bewohner einhergehen.
Ion traps such as Paul traps and MR-ToF (multi-reflection time-of-flight) devices are indispensable tools at radioactive ion beam facilities for the preparation of high-quality radioactive ion beams for subsequent experiments or for precise measurements of the properties of radioactive ions, such as nuclear binding energies or nuclear charge radii.
Within the work of this thesis, Doppler- and sympathetic cooling is implemented in a linear Paul-trap cooler-buncher enabling a reduction of the longitudinal emittance of radioactive ion beams resulting in a significant improvement of the ion beam quality. Moreover, a next-generation MR-ToF device is conceptualized in order to achieve isobaric pure beams with a higher ion intensity than state-of-the-art MR-ToF devices can provide. Once fully constructed and commissioned, it will operate at an unprecedented ion beam energy of 30 keV. Both of these advances are expected to become important for a wide range of experimental programs pursued at low-energy branches of RIB facilities ranging from fundamental symmetry studies, nuclear structure, rare isotope studies with antimatter, searches of physics beyond the standard model to material science and the production of medical isotopes.
The next-generation MR-ToF mass separator is based on MIRACLS’ 30-keV MR-ToF device for highly sensitive and high-resolution collinear laser spectroscopy. By storing the ions in the Multi Ion Reflection Apparatus for Collinear Laser Spectroscopy (MIRACLS), the same ion bunch is probed by a spectroscopic laser for thousands of times compared to a single passage in traditional collinear laser spectroscopy (CLS). Dedicated simulation studies show that the accuracy and resolution will be close to traditional single-passage CLS while the sensitivity is significantly enhanced. Hence, measurements of nuclear properties via fluorescence-based CLS of very rare radionuclides as well as highly sensitive and high-precision measurements of electron affinities via laser-photodetachment-threshold spectroscopy of negatively-charged (radioactive) ions will become possible.
First measurement campaigns employing MIRACLS’ 1.5-keV MR-ToF device confirm the outstanding boost in signal sensitivity and provide confidence in the application of the MIRACLS technique for the measurement of scarcely produced radioactive ions that have been so far beyond the reach of conventional techniques. Furthermore, the electron affinity of 35Cl was measured, which is in perfect agreement with the literature value. These measurements will serve as important benchmarks for modern atomic and nuclear theory, especially in its description of nuclear charge radii.
In summary, the implementation of Doppler and sympathetic cooling at RIB facilities, the conceptualization of a 30-keV MR-ToF apparatus for highly selective and high-flux mass separation as well as for highly sensitive and high-resolution fluorescence-based laser spectroscopy and the expansion of the MIRACLS technique for the study of negatively-charged ions will enable unprecedented new measurement opportunities at RIB facilities.
Increasing environmental changes primarily due to anthropogenic impacts, are affecting organisms all over the planet. In general, scientists distinguish between three different ways in which organisms can respond to environmental changes in their habitat: extinction, dispersal and adaptation. An example of organisms which are highly adaptable and can easily cope with new and changing environments are invasive species which are able to colonize new habitats with only few individuals. To successfully survive in their new environment, invasive species adapt fast to novel abiotic and biotic parameters, such as different temperature regimes. Phenotypic plasticity which enables organisms to quickly modify their phenotype to new environmental conditions, explains the success in adaptation of invasive species.
While underlying mechanisms of phenotypic plasticity are not fully understood, one possible “motor” of phenotypic plasticity is epigenetics. Especially DNA methylation could explain the fast changes of the organism’s phenotype due to plasticity when experiencing changing environments, as invasive species do. DNA methylation could even contribute to the adaptation of invasive species via phenotypic plasticity, especially with clonally reproducing species. Methods such as common garden experiments with clonally reproducing species are a useful tool to differentiate between phenotypic plasticity and genetic adaptation because the confusing effects of genetic variation are lowered in clonally reproducing species.
Our overall goal was to evaluate the genetic adaptive potential of New Zealand mud snail (Potamopyrgus antipodarum) populations from Europe since they went through an extreme bottleneck after colonizing Europe only 180-360 generations ago. Seemingly, two different clonal lineages colonized Europe because two 16 s rRNA and cytochrome b haplotypes were found across different European countries, haplotypes t and z. The NZMS is a highly successful invasive species that is nowadays nearly globally distributed. The shells of the NZMS show a habitat-dependent high variability and are a fitness-relevant trait. The high variability in shell morphology is due to both genetic variation and phenotypic plasticity. To disentangle genetic from environmental effects on the shell morphology NZMS, we conducted a common garden experiment. We kept asexually reproducing females from eleven European populations in climate cabinets with three different temperatures to produce offspring. We compared shell size and shape across three generations using the geometric morphometrics approach. Furthermore, we estimated reaction norms, maternal effects, broad-sense heritability, the coefficient of genetic variation (CVA) and evolvability (IA) in shell size and shape across different temperature conditions. Additionally, we investigated the reproductive rate of the parental generation.
Results showed that the shell morphology of the parental generation differed across populations. In contrast, the shell morphology of offspring generations became more similar. The reaction norms of the F1 generation were rather variable across the three temperatures. However, we were able to observe a haplotype-dependent pattern across the reaction norms suggesting a restricted genetic differentiation among NZMS in Europe. We detected high heritability values in size indicating a high genetic influence. Heritability values for shape were lower than in size. Generally, heritability varied slightly depending on temperature. Size seemed to have a higher evolvability than shape. However, the values of all our calculations were very low which indicates that the European NZMS populations are genetically diminished. The reproductive rate of the parental generation was rather haplotype than temperature dependent. In summary, we were able to display that the NZMS is capable to plastically adapt its shell morphology to different temperatures showing significant differences between the two haplotypes. Nevertheless, the low evolvability values indicate that little genetic variation has formed since the arrival of the NZMS in Europe and therefore, European NZMS seem to have a reduced ability to react to selection.
These results implied that phenotypic plasticity is important for the adaptation to different environmental conditions in the NZMS and maybe other molluscan species. Since classical experimental approaches can only describe the resulting phenotypes, we also intended to shed more light on the mechanistic side of environmentally induced phenotypic modifications using DNA methylation analysis. Although molluscs represent one of the most diverse taxa within the metazoan and are found in many different habitats, our knowledge of the DNA methylation in molluscs is scarce. Therefore, we aimed at deepening and summarizing our understanding about DNA methylation in molluscs. Publicly available molluscan genomic and transcriptomic data of all eight mollusc classes was downloaded to search for DNA methyltransferases (DNMTs 1-3) responsible for DNA methylation. Additionally, we estimated the normalized CpG dinucleotide content (CpG o/e) indicating the presence/absence and the frequency of DNA methylation in the genome. The CpG o/e ratio refers to the level of DNA methylation in the genome. Based on the sensitivity of methylated cytosines to mutate into thymine residues, species having a high germline methylation in genomic regions over evolutionary time, also have a lower CpG content, which is called CpG depletion. In contrary, species with a limited germline methylation in genomic regions over evolutionary time, show a higher CpG content and lack CpG depletion. The presence or absence of CpG depletion can be calculated with the CpG o/e ratio. Ultimately, the goal of our analyses was to gain insight into the evolution of methylation in molluscs.
We detected DNMTs in all eight mollusc classes and in most of the species. It is therefore plausible that the last common ancestor of molluscs has already had the enzymatic machinery which is needed for DNA methylation. However, various species did not possess the complete DNMT toolkit indicating evolutionary modification in DNA methylation. In general, we found a wide distribution of the bimodal CpG o/e pattern in six mollusc classes, resulting from CpG depletion. The genes in these groups seem to be divided into genes with a high degree of methylation and genes with a lower degree of methylation. This implies that DNA methylation seems to be rather common in molluscs. Species of Solenogastres and Monoplacophora were not or only sparsely methylated. It seems that those mollusc groups have undergone a reduction in DNA methylation. We hope that our investigations will demonstrate the lacking knowledge in epigenetics of molluscs and encourage scientist to execute and continue genetic studies on molluscs.
Die Sepsis und der septische Schock sind lebensbedrohliche Erkrankungen, an denen weltweit Millionen Menschen erkranken und infolgedessen sterben. Die Blutkulturdiagnostik hilft die im Blut zirkulierenden Erreger und deren Sensitivität gegenüber Antiifektiva zu bestimmen und ermöglicht so die Umstellung auf eine gezielte Therapie. Mehrere internationale Studien konnten zeigen, dass durch eine Deeskalation der antiinfektiven Therapie das Outcome der Sepsis-Patienten verbessert werden kann. Außerdem kann eine Umstellung der kalkulierten Therapie nicht nur zu einer Abnahme der Sterblichkeit und der Ersparnis von Ressourcen, sondern auch zu einer Reduzierung von Resistenzbildung führen. Zur Identifizierung und zur Outcome-Einschätzung von kritisch-kranken Patienten können eine große Anzahl an Scores, Laborparametern, Vitalzeichen, Vorerkrankungen und weiteren Kriterien betrachtet werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist Scores und klinische Parameter zu ermitteln, die eine Aussage über die Positivitätswahrscheinlichkeit der Blutkulturdiagnostik treffen können. In der retrospektiven Studie wurden Daten von 635 Blutprobensets von 481 Patienten, die vom 11/2016 bis zum 03/2018 in der Universitätsmedizin Greifswald auf der Intensivstation behandelt wurden, analysiert. Dabei wurden Daten 24 Stunden vor und 4 Stunden nach der dokumentierten Blutkulturabnahme erfasst und ausgewertet. Es erfolgte eine Unterteilung der positiven Blutkulturen in zwei Gruppen: Alle Blutkultursets und GNSA Blutkultursets (gram-negative Keime und Staphylococcus aureus). Die im Rahmen der Arbeit erhobenen Daten zeigen die Schwierigkeit ressourcensparende Diagnostikinstrumente für den klinischen Alltag zu finden. Mit alleiniger Verwendung der Scores lassen sich nur unzureichende Aussagen über das Resultat der Blutkulturdiagnostik treffen (Area unter the curve <0.7). Ebenfalls verdeutlicht die Untersuchung den Aufwand von personellen und diagnostischen Ressourcen, die bei der Bestimmung von Scores benötigt werden. In der klinischen Praxis kann dies zu einer erheblichen Verzögerung führen. Im Vergleich dazu weisen einzelne Laborparameter wie stabkernige Granulozyten sowie die Zusammenführung signifikanter Prädiktoren eine stärkere Diskriminierungsfähigkeit auf. Die Sepsis und der septische Schock sind komplexe Krankheitsbilder, sodass die Positivitätswahrscheinlichkeit einer Blutkultur nicht mit endgültiger Sicherheit anhand nur eines einzelnen Scores oder eines Laborparameters vorherzusagen ist.
In der Kieferorthopädie können im Rahmen digitaler Workflows 3D-Modelle aus Intraoralscans zur Befunderhebung und Diagnostik wie insbesondere zur digitalen Modellanalyse verwendet werden. Während die Genauigkeit intraoraler Scanner ausreichend untersucht ist, stellt sich dar, dass die Studienlage zur Präzision fachspezifischer Diagnostikanwendungen intraoraler Scanner unzureichend ist. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Reliabilität kieferorthopädischer Modellanalysen, digitaler Intraoralscan-Befunde und die Reproduzierbarkeit des Farbanalysetools der CEREC Primescan AC im Vergleich zur spektrophotometrischen Zahnfarbmessung zu untersuchen.
Grundlage dieser in vivo-Studie waren Intraoralscans der Primescan (Software: CEREC Ortho SW), die unter definierten Ein- und Ausschlusskriterien von 35 freiwilligen Probanden (22 ♀, 13 ♂; Durchschnittsalter 27) durch zwei Untersucher angefertigt wurden. Im Rahmen einer Voruntersuchung wurden 20 in vitro- Ganzkieferreferenzscans eines Frasaco-Modellpaars durch Untersucher 1 erstellt. Weiterhin fertigten beide Untersucher Ganzkieferscans der Probanden unter Anwendung eines systematischen Scanpfades an. In OnyxCeph3TM 3D Lab erfolgte die Vermessung aller in vitro- und in vivo-Scans nach elf kieferorthopädischen Analyseverfahren. Außerdem nahmen beide Untersucher eine digitale zahnmedizinische und kieferorthopädische Befunderhebung der Intraoralscans aller Probanden vor. Darüber hinaus wurden Zahnfarbmessungen an Teilkieferscans der Probanden mittels des Farbanalysetools der CEREC Software der Primescan sowie mit dem Spektrophotometer VITA Easyshade V, unter Verwendung 3D-gedruckter Positionierungsschienen, durchgeführt. Alle Zahnfarben wurden mittels des VITA classical Referenzfarbsystems zweifach wiederholt, im mittleren Segment (S2) der Labialflächen von Zahn 13-23, bestimmt. Im Rahmen der statistischen Auswertung wurden für die kieferorthopädischen Modellanalysen der in vitro-Scans die Mittelwerte und Standardabweichungen berechnet. Die interindividuelle Übereinstimmung der kieferorthopädischen Modellanalyseergebnisse der in vivo- Scans beider Untersucher wurde durch die ICC, die der zahnmedizinischen und kieferorthopädischen Intraoralscan-Befundung mit Hilfe des Kappa-Index bestimmt. Die grafische Darstellung der Ergebnisse erfolgte anhand von Bland-Altman Plots. Für die intra- und interindividuelle Reproduzierbarkeit der Zahnfarbbestimmungen beider Methoden wurden alle Farbmessergebnisse in L* und C*ab-Werte umgerechnet und die Übereinstimmung bezüglich Delta E (ΔE) ermittelt. Darüber hinaus wurde die Reliabilität mit Hilfe von d(0M1) bestimmt, sodass der Standardmessfehler, die kleinste nachweisbare Farbdifferenz und die ICC erfasst sowie die Ergebnisse grafisch in Bland-Altman Plots dargestellt wurden.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen eine sehr gute Präzision für die digitalen kieferorthopädischen Modellanalysen. Die Messergebnisse der Frasaco- Modellanalysen lagen überwiegend innerhalb des in der Literatur vorgegebenen Referenzrahmens für Abweichungen von 0,5 mm. Auch für die interindividuelle Reliabilität der elf kieferorthopädischen Modellanalysen an den in vivo- Ganzkieferscans konnten sehr gute bis exzellente Übereinstimmungen aufgezeigt werden. Weiterhin erreichten alle auswertbaren digitalen zahnmedizinischen und kieferorthopädischen Intraoralscan-Befunde eine sehr gute Präzision. Bezüglich der Zahnfarbbestimmung repräsentieren die Ergebnisse des Intraoralscanners und des Spektrophotometers eine vergleichbare, sehr gute intra- sowie gute interindividuelle Reproduzierbarkeit.
Die vorliegende Studie zeigt, dass die digitale Diagnostik an Intraoralscans im Sinne digitaler kieferorthopädischer Modellanalysen sowie zahnmedizinischer und kieferorthopädischer Intraoralscan-Befunde in OnyxCeph präzise durchführbar ist. Mit der Primescan ließen sich in vivo Ergebnisse erzielen, welche mit den Ergebnissen anderer Studien vergleichbar oder ihnen überlegen sind. Auch Für die digitale Zahnfarbbestimmung mit Intraoralscans bestätigt die in der vorliegenden Untersuchung erzielte sehr gute Reproduzierbarkeit die Ergebnisse anderer Studien. Dennoch ist ein direkter Ergebnisvergleich mit der aktuellen Literatur insbesondere durch Unterschiede innerhalb der statistischen Methoden eingeschränkt. Um die Ergebnisse dieser Arbeit zu bestätigen, sind weitere Studien unter Berücksichtigung verschiedener klinischer Faktoren empfehlenswert.
Seit Einführung der multimodalen Chemotherapie vor über 30 Jahren liegt die 5- Jahres-Überlebensrate des Osteosarkoms (OS) unverändert bei ca. 70 %. Als potentielle neue Therapieoption ruft kaltes atmosphärisches Plasma (cold atmospheric plasma, CAP) in vitro antiproliferative Effekte in OS-Zellen hervor. Die zugrundeliegenden zellulären und molekularen Mechanismen wurden unter der Hypothese einer Induktion von Apoptose infolge CAP Behandlung untersucht. Effekte von CAP wurden anhand von zwei CAP-Quellen (kINPen MED und MiniJet-R) an zwei OS-Zelllinien (U2OS und MNNG/HOS) überprüft. Hinsichtlich früher apoptotischer Prozesse auf zellulärer Ebene erfolgte die Aktivitätsbestimmung der Effektorcaspasen 3 und 7 im Caspase-Assay. Spät in der apoptotischen Kaskade auftretende molekulare Prozesse wurden durch zwei unabhängige Nachweisverfahren von DNA-Strangbrüchen untersucht – Komet-Assay und TUNEL-Assay.
CAP Behandlungen mit dem kINPen MED führten zu signifikanter Hemmung der Zellproliferation zwischen 24 h und 120 h. Die Effektorcaspasen 3 und 7 zeigten infolge CAP Behandlung nach 24 h und 48 h erhöhte Aktivitätsniveaus. Im Komet- Assay wurden 24 h nach CAP Behandlung in U2OS-Zellen signifikant mehr DNA- Strangbrüche detektiert als in Kontrollansätzen. Der TUNEL-Assay ergab in beiden OS-Zelllinien nach 24 h und 48 h signifikant mehr DNA-Strangbrüche infolge CAP Behandlung. Die Effekte von CAP des kINPen MED konnten durch den MiniJet-R, der erstmals hinsichtlich biologischer Effekte auf maligne Zellen charakterisiert wurde, bestätigt werden. Sowohl antiproliferative Effekte als auch die Prozesse der frühen und späten apoptotischen Kaskade traten signifikant häufiger infolge CAP Behandlung mit dem MiniJet-R auf. Schlussfolgernd gehen antiproliferative Effekte von CAP mit Induktion von Apoptose in OS-Zellen einher, unabhängig von der verwendeten CAP-Quelle.
Die in vitro gezeigte CAP Effekte sollten hinsichtlich der klinischen Anwendung in vivo bestätigt werden. Obgleich die OS-Therapie weiterhin Domäne der Chirurgie und Chemotherapie bleiben wird, bilden die dargestellten zellulären und molekularen Effekte eine aussichtsreiche Grundlage für einen erfolgreichen adjuvanten Einsatz von CAP am OS.
Ziel: Klinische Erfolgsrate von Pulpektomie-Behandlungen bei Milchmolaren unter Verwendung von Calciumhydroxid/Iodoform-Paste über 4 Jahre in einer spezialisierten Kinderzahnarztpraxis und Betrachtung möglicher Einflussfaktoren wie der Einfluss der Behandlungsart (Vollnarkose, Lachgassedierung oder nur Lokalanästhesie) auf den Behandlungserfolg.
Material und Methoden: Die Behandlungsakten der Patienten, die eine Pulpektomie am Milchmolaren in der spezialisierten Abteilung für Kinderzahnheilkunde der Universitätszahnklinik Greifswald im Zeitraum xx -xx erhielten, wurden retrospektiv ausgewertet. Der Einfluss verschiedener patientenbezogener, zahnbezogenen und behandlungsbezogenen Faktoren wurde zu den verschiedenen Follow-Up-Zeitpunkten ermittelt. Zusätzlich wurden bivariate und multivariate Analysen durchgeführt.
Ergebnisse: Pulpektomien, die unter Vollnarkose durchgeführt wurden, hatten nach vier Jahren deutlich die höchste Erfolgsrate (78,6 %), gefolgt von Lachgassedierung (57,1 %) und Lokalanästhesie (43,8 %). Die Misserfolgsrate der pulpektomierten Milchmolaren im Oberkiefer war vier Jahre nach der Behandlung klinisch relevant und statistisch signifikant höher als im Unterkiefer (61,5 % vs. 29,2 %).
Schlussfolgerung: Der Zahnerhalt von Milchmolaren mittels Pulpektomie sollte bei den zahnärztlichen Behandlungsplänen von kleinen Kindern als Alternative zur frühzeitigen Zahnextraktion berücksichtigt werden. Die klinischen Erfolgswahrscheinlichkeiten sind auch viele Jahre nach der Pulpektomie insbesondere bei unteren Milchmolaren und Narkosesanierungen hoch.
Plus‐strand RNA [(+)RNA] viruses are the largest group of viruses, medically highly relevant human pathogens, and are a socio‐economic burden. The current global pandemic of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS‐CoV‐2) shows how a virus has been rapidly spreading around the globe and that– without an antiviral treatment– virus trans mission is solely dependent on human behavior. However, other (+)RNA viruses such as rhino‐, noro‐, dengue‐ (DENV), Zika, and hepatitis C virus (HCV) are constantly spreading and expanding geographically. As in the case of hepatitis C, since its first identification in the 1970s, it took more than 30 years to understand the HCV structure, genome organiza t ion, life cycle, and virus‐host interplay leading to the cure of a chronic and life‐threatening disease. However, no vaccination or antiviral treatment exists for most (+)RNA viruses. Con sequently, a precise and comprehensive analysis of the viruses, their life cycles, and parasitic interactions with their hosts remains an important field of research. In the presented thesis, we use mathematical modeling to study the life cycles of (+)RNA viruses. We analyze replication strategies of closely related (+)RNA viruses, namely HCV, DENV, and coxsackievirus B3 (CVB3), to compare their life cycles in the presence and ab sence of the host’s immune response and antiviral drug treatment and consider different viral spreading mechanisms. Host dependency factors shape the viral life cycle, contribut ing to permissiveness and replication efficiency. Our mathematical models predicted that host dependency factors, such as ribosomes, and thus the virus’ ability to hijack the host cell’s translation machinery play an essential role in the viral genome replication efficiency. Furthermore, our mathematical model suggested that the availability of ribosomes in the vi ral life cycle is a crucial factor in disease outcome: the development of an acute or chronic disease. Even though the host developed strategies to attack the virus, e.g., by degrading the viral genome, blocking the viral protein production, and preventing viral spread, viruses found strategies to countermeasure those so‐called host restriction factors derived from the immune system. Our mathematical models predicted that DENV might be highly effective in blocking the cell’s attempts to recognize the invader. Moreover, we found ongoing HCV RNAreplication even with highly effective antiviral drugs that block processes in the viral life cycle. Furthermore, we found alternative pathways of infection spread, e.g., by HCV RNA carrying exosomes, which may be a possible explanation for reported plasma HCV RNA at the end of treatment, found in a subset of patients. Hence, the mathematical models presented in this thesis provide valuable tools to study the viral replication mechanism in detail. Even though being a simplification of reality, our model predictions confirm and explain known and suggest novel biological mechanisms. In the pre sented thesis, I will summarize and discuss key findings and contextualize model predictions in the broader scientific literature to improve our understanding of the viral dynamics and the virus‐host interplay.
As the animal-to-human interface becomes increasingly narrow, transmission events of zoonotic pathogens between animals and humans become more and more probable. While SARS-CoV-2 already accomplished a spillover infection to humans and is responsible for the current pandemic, the bat H9N2 IAV with so far unknown zoonotic potential was only recently discovered. In order to identify I) the role and potential of a newly discovered, potentially pre-pandemic virus, such as the bat H9N2, or II) possible future prevailing virus mutant variants of an already known pandemic virus, such as SARS-CoV-2, it is important to characterize these emerging viruses in vivo as soon and as good as possible.
The first objective in this dissertation (Publications I and II) therefore deals with the characterization of bat H9N2 and the estimation of its zoonotic or even pandemic potential.
In Publication I, a general susceptibility of directly inoculated Egyptian fruit bats to bat H9N2 was confirmed by successful seroconversion, although exhibiting only moderate viral shedding. All three contact animals remained seronegative, though one contact bat showed slight lesions in the histopathological analysis.
Publication II further addressed the question of the zoonotic potential of this virus. Inoculation of day-old turkey hatchlings demonstrated moderate susceptibility to bat H9N2 infection with a measurable seroconversion, while day-old chicken hatchlings were not susceptible to bat H9N2. Ferrets proved to be highly susceptible to bat H9N2 with high viral shedding, a transmission efficiency rate of 100% to direct contact animals at 2 days post contact, but with only minimal clinical signs. Importantly, the virus demonstrated the ability to evade the MxA-restriction factor and to replicate efficiently in human lung tissue explants. Furthermore, seasonal IAV- and standard IAV-vaccines showed no cross reactivity against the bat-N2 protein in humans. Therefore, further research on such viruses is urgently needed in order to prevent a renewed pandemic situation in the future as caused by SARS-CoV-2.
The second objective in this dissertation dealt with the identification and characterization of emerging SARS-CoV-2 Variants of Concern (VOCs).
Therefore, in Publication III, competitive infection experiments were performed using the Syrian golden hamster, the ferret, and transgenic mouse models (K18-hACE2 and hACE2-KI). These studies revealed replicative and transmissive predominance of Alpha VOC over Beta VOC, but not over SARS-CoV-2 WT in the hamster model, although Beta VOC substantially replicated in the lungs of donor animals. In contrast, the Alpha VOC had an unambiguous replication and transmission advantage over WT SARS-CoV-2 in the ferret and both mouse models. A recombinant SARS-CoV-2 WT-SAlpha virus helped to assign the fitness advantage of this variant particularly to the spike protein-associated mutations.
In Publication IV, in vitro results inferred an early replicative fitness advantage of Omicron BA.1 over Delta VOC, although the opposite was observed in competitively inoculated hamsters, ferrets and naive hACE2-KI mice. In addition, Publication IV demonstrated a disadvantage in transmission for the VOC Omicron BA.1 over the Delta VOC and a lack of susceptibility of ferrets after a single infection with the VOC Omicron BA.1. An mRNA vaccination of K18-hACE2 mice caused a drastic reduction of infectious virus particles in organ material following an infection with a recombinant SARS-CoV-2 WT-SDelta, but not when challenged with the SARS-CoV-2 SOmicron BA.1 clone.
This dissertation includes numerous, comprehensive experimental studies that are generally important for the characterization of emerging, potentially pre-pandemic viruses and may provide crucial information about the future dominance of certain virus variants in an ongoing pandemic. Here, the need for the use of a variety of animal models becomes apparent. By characterizing and classifying potentially zoonotic strains, these methods will help to better prepare for potentially upcoming pandemics and, in the case of a zoonotic or even pandemic event, to better detect and understand the circulating strains and their evolution.
The respiratory epithelium acts as both, a barrier of the respiratory tract to Nipah virus (NiV) entry and at the same time as a significant determinant of virus shedding. Both, for humans and pigs, replication in the respiratory tract epithelia is considered a major factor in transmission to other hosts. To understand why the virus constitutes a high-risk pathogen for livestock and humans, knowledge about
viral replication and host responses in relevant cells and tissues is crucial. Most in vitro studies, however, have been performed in conventional cell lines or non-differentiated lung cells. Only a few examples exist where Henipavirus infections have been investigated in fully-differentiated lung
epithelial cell models.
Thus, one aim of this thesis was to investigate infection, replication, spread and host protein dynamics of NiV in primary bronchial epithelial cells (BEC) cultivated at the air-liquid-interphase (ALI). By
immunofluorescence imaging, the NiV infection dynamics in BEC-ALI cultures were monitored over a 12 day time course, in order to provide detailed information about the infection process in the
respiratory epithelium of pigs and ferrets. Compared to undifferentiated primary BEC, the specific infectivity of NiV in BEC-ALI cultures was low. Infections remained focal and complete infection of the
cultures was not observed, even at 12 dpi. Analysis of viral titers and viral mRNA indicated a limited
virion release from the infected ALI-cultures while most of the newly synthesized NiV-RNA remained
cell associated. Immunofluorescence analysis of cross sections from infected ALI-cultures revealed
large infected areas that exhibited a strong cytopathic effect (CPE). Disruption of the epithelium
resulted in apical release of virus antigen-positive cell detritus while ciliated areas and basal cells were
less affected. From these data it was concluded, that NiV transmission could be supported by
exhalation of cell debris associated NiV and thus may contribute to rapid spread of infection in swine
populations.
A second aim was to explore the dynamics of host responses to NiV infection in differentiated BEC-ALI
culture and to assess whether this differs to conventional cell line data available from literature. Even
though strong CPE appeared in later phases of NiV infection, at least the porcine PBEC-ALI cultures
remained robust enough to allow protein sampling over 12 days infection course. Subsequent MS-based proteomics enabled unprecedent insight in complex cell culture response upon NiV infection.
Previous reports indicated a lack of efficient interferon type I induction in non-differentiated pig or
human BEC which were considered a prerequisite for efficient replication in the respiratory epithelium
and virusspread. In contrast to non-differentiated pig BEC (PBEC), in PBEC-ALI cultures multiple factors
involved in interferon responses were upregulated upon NiV infection. Thereby it was demonstrated
that NiV infection induced a robust innate immune response upon infection with elevated components of antigen processing and presentation resulting in the conversion from the constitutive proteasome to the immunoproteasome. In contrast to previous reports about NiV-infected non-differentiated
PBEC or endothelial cells, incomplete immunoproteasome formation and limitations in interferon
response could be excluded. Thus, a model is proposed in which NiV infection and spread in differentiated PBECs is slowed by potent innate immune responses to the virus infection. Overall, the
findings highlight the important role of the respiratory epithelium not only as a physical barrier to virus
infections but also indicate itsrole as a primary site of adaptive immune induction through NiV induced
antigen processing and MHC I presentation.
Finally, to allow functional studies of Henipaviruses at the BSL-2 biosafety level a recombinant CedPV
was generated and rescued. An imaging based screening and quantitative analysis pipeline was established to investigate the role of cellular factors and to screen for potential virus and host gene
directed inhibitory factors. Accordingly, different host and viral genes were targeted with a siRNA-pool
either targeting virus or selected cellular mRNAs followed by the infection with the CedPV and the
quantification of infected cells. With proof of concept of the siRNA screening pipeline, the recombinant
CedPV clone was used as a backbone to insert variousfluorescence reporter genesin order to optimize
the analysis workflow by allowing direct virus quantification in live, unstained samples. Consequently,
this thesis provides a valuable proof for future approaches related to the function of virus proteins,
influence of host-factors and virusreplication and Henipavirus-inhibitorscreens at low biosafety levels.
The role of cell-penetrating peptides in the induction of T cell responses by virus-like particles
(2023)
Many viral structural proteins can self-assemble into virus-like particles (VLPs). VLPs can serve as an effective vaccine or be used as a vaccine platform. One of these structural proteins is the hepatitis B virus core antigen (HBcAg), which appears to be suitable as an antigen carrier due to its high immunogenicity. HBcAg has a major immunodominant region (MIR) that is presented on the surface of the VLPs after self-assembly. Foreign antigens can be inserted into this region. Since HBcAg VLPs, unlike the Hepatitis B virus (HBV), do not have an envelope, they are not able to penetrate cell membranes efficiently. As an extracellular antigen, HBcAg VLPs primarily induce a strong humoral immune response.
In the present study, we investigated the extent to which HBcAg can be modified to also elicit an enhanced cellular, particularly a cytotoxic, immune response. A cytotoxic CD8+ T cell response is predominantly induced by intracellular antigens. Therefore, our goal was to increase the cell penetration capacity of VLPs. We aimed to achieve this by fusing cell-penetrating peptides (CPPs) to HBcAg. CPPs can spontaneously penetrate cell membranes to enter the cytoplasm of cells. To guarantee that the CCPs were localized to the surface of the VLPs, we fused CPPs to the N-terminus of HBcAg. The CCPs were followed by a tag to allow the purification of VLPs. The T cell epitopes, against which the induced CTL should be directed, were derived from the Large T antigen and inserted into the MIR of HBcAg. Finally, we fused fluorescent proteins to the C-terminus of HBcAg to track the entry of VLPs into cells.
Modifications of HBcAg may lead to reduced stability or altered structure of VLPs. To analyze the stability of VLPs, we used nanoscale differential scanning fluorimetry (nanoDSF) analysis. This revealed that the N-terminal fusion of CPPs or the tag to HBcAg does not reduce VLP stability. However, some peptides incorporated into the MIR had a significant effect on the structure and stability of the VLPs. While the incorporation of a Flag-tag or a peptide from ovalbumin had no negative effect on VLP stability, the incorporation of peptides representing T cell epitopes of Large T antigen interfered with VLP formation. Denaturation and reassembly of the aggregates significantly improved the homogeneity of the VLPs, and the C-terminal addition of arginine-rich domains enhanced stability.
Using live cell imaging and flow cytometry, we demonstrated that HBcAg VLPs functionalized with CPP exhibited up to 40% more efficient penetration into professional antigen-presenting cells (JAWS II) than HBcAg VLPs without CPP. This resulted in the increased presentation of integrated T cell epitopes by dendritic cells. In vivo, we detected significantly increased induction of SV40 Large T antigen-specific CTL in mice immunized with CPP-conjugated VLPs compared to unconjugated VLPs.
In this study, we demonstrated that a stronger cellular immune response can be induced by CPP-functionalized HBcAg VLPs than with the unmodified HBcAg VLPs in vitro as well as in vivo. This discovery may have positive implications for future vaccine development where an enhanced cellular component of the immune response is desirable.
Adipositas, eines der großen gesundheitlichen Risiken und Herausforderungen der heutigen
Zeit, kann in Folge von Essstörungen entstehen. Essstörungen, die mit einer übermäßigen
Aufnahme kaloriendichter Nahrung einhergehen, stellen ein erlerntes Verhaltensmuster dar,
welches den Zweck erfüllt, negative Emotionen zu reduzieren. Dieses erlernte Muster kann als eine maladaptive Copingstrategie auf traumatische Ereignisse in der Kindheit angesehen werden. Eine sichere Bindung in der Kindheit gilt als protektiver Faktor gegenüber der Entwicklung von Psychopathologien. Erfahren Kinder durch ihre Bezugsperson Vernachlässigung, emotionale Gewalt oder Missbrauch, so hat dies schädlichen Einfluss auf ihre Überzeugungen und ihre Erwartungen an sich selbst und andere (Teicher & Samson, 2013). Insbesondere emotionaler Missbrauch und emotionale Vernachlässigung scheinen hier eine große Rolle zu spielen: Emotionaler Missbrauch, ein Verhalten welches einem Kind durch Abwertung und Demütigung das Gefühl gibt, wertlos und mangelhaft zu sein und nur bei Erfüllung der Bedürfnisse anderer geschätzt zu werden, konnte mit Impulskontrollstörungen und einer verringerten Stresstoleranz in Verbindung gebracht werden (Burns et al., 2010; van Harmelen et al., 2010). Traumatisierungen in der Kindheit können zu Problemen der Emotionsregulation führen. Insbesondere beim Empfinden intensiv negativer Emotionen weisen traumatisierte Individuen gehäuft Probleme der Selbstkontrolle auf (Gilbert, 2009). Selbstlenkungsfähigkeit, als Maß für Selbstbestimmtheit und Willenskraft, wurde in bisherigen Studien mit einem hohen Selbstwertgefühl assoziiert (Cloninger et al., 1993; Sariyska et al., 2014). Einen hohen Selbstwert weisen Individuen auf, deren Eltern oder Bezugspersonen ihren Kindern eine sichere Bindung gewährleisten (Cassidy, 1988; Gecas & Schwalbe, 1986). An dieser Stelle möchte die vorliegende Arbeit ansetzen und in einem Patientenkollektiv in einer Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie die Zusammenhänge zwischen dem Vorliegen einer Adipositas, erfahrener Traumatisierung in der Kindheit und den möglichen Einfluss der Selbstlenkungsfähigkeit genauer untersuchen.
Chronische Verletzungen des SL-Bands mit resultierender Instabilität des Karpus können zu progredienter Arthrose führen und im karpalen Kollaps münden. Über die Behandlung von akuten Rupturen des SL-Bandkomplexes als auch in Hinblick auf die Behandlung eintretender degenerativer Veränderungen besteht weitgehend Konsens. Für die chronische Verletzung des SL-Bands vor Eintritt degenerativer Veränderungen existiert ein solcher bisher nicht. Ein Nachweis für ein überlegenes Verfahren, das mit hoher Sicherheit die Entwicklung des karpalen Kollaps verhindert, konnte bislang nicht erbracht werden. Die in den vergangenen Jahren gebräuchlichsten Verfahren der Tenodesen modifiziert nach Brunelli (24; 181), insbesondere die 3LT-Modifikation nach Garcia-Elias (61), zeigten keinen anhaltend reproduzierbaren Therapieerfolg und stehen im Fokus der Diskussion. Eine neuere Variante der Tenodese-Bandplastiken stellt unter anderem das 2012 von Henry (77) beschriebene Operationsverfahren dar. Es adressiert neben einer Restauration der Skaphoidachse sowohl den dorsalen, biomechanisch stabileren, als auch, im Gegensatz zu den älteren Verfahren, den palmaren Aspekt des SL-Gelenks.
Ziel der vorliegenden Studie ist es, Anwendbarkeit und therapeutischen Nutzen des Verfahrens nach Henry (77) in Form einer Beobachtungsstudie zu untersuchen und in einen Kontext zu vorhandenen Ergebnissen anderer Verfahren zu bringen.
Von 40 Patienten, die im Zeitraum von Januar 2017 bis Oktober 2018 im Unfallkrankenhaus Berlin mit dieser Operationstechnik behandelt wurden, konnten 36 Patienten nachuntersucht und 34 in die Auswertung eingebunden werden. Zum Nachuntersuchungszeitpunkt lag die Operation mindestens 1 Jahr zurück. Erfasst und ausgewertet wurden prä- und postoperativ die objektiv ermittelbare Funktionalität des Handgelenks – also Bewegungsumfänge und Kraft –, subjektive Parameter in Form von Fragebögen – Schmerz (VAS), subjektiv empfundene Einschränkungen (DASH/PRWHE) und Lebensqualität (EQ-5D) – und Röntgenbefunde des Verlaufes.
Durch die Operation konnte eine signifikante Reduktion der Schmerzen erreicht und eine Verbesserung der Funktion der Hand im Alltag hergestellt werden. Es verbleiben jedoch Einbußen des Bewegungsumfanges und der Griffkraft im Vergleich zur Gegenseite. Die röntgenologischen Ergebnisse zeigen, dass eine intraoperativ erreichte Optimierung der karpalen Winkel mittelfristig nicht erhalten, die skapho-lunäre Distanz jedoch vermindert werden konnten.
Die kurz- bis mittelfristigen Ergebnisse der SL-Bandrekonstruktion der Studie sind generell vielversprechend und mit denen anderer Autoren vergleichbar. Bewegungsumfang, Griffkraft, Schmerzlinderung und Funktionsverbesserung rangieren in vergleichbarer Höhe jener anderen Studien und erscheinen sogar tendenziell günstiger.
Der langfristige Nutzen der Technik bezüglich einer sich möglicherweise entwickelnden Arthrose erscheint kritisch. Um eine Einschätzung der langfristigen Wirksamkeit abgeben zu können, sind längere Nachbeobachtungszeiträume der Kohorte notwendig. Zur Verminderung statistischer Unsicherheiten sind größere Kohorten möglichst unter prospektivem Ansatz erforderlich.
Die Prävalenz der chronischen Nierenerkrankung (CKD) nahm in den letzten Jahren
global stetig zu. Die häufigsten Ursachen für die CKD, arterielle Hypertonie und
Diabetes mellitus, sind oftmals mit einer glomerulären Hypertonie assoziiert, die eine
erhöhte mechanische Belastung der hochspezialisierten und postmitotischen
Podozyten verursachen kann. Dies führt zum sogenannten Effacement, einer
Verbreiterung und Abflachung der durch ein komplexes Aktin-Zytoskelett gestützten
Podozytenfußfortsätze und schließlich zum Ablösen von Podozyten von der
glomerulären Basalmembran. Auch kultivierte Podozyten reagieren auf mechanische
Dehnung mit Veränderungen ihres Aktin-Zytoskeletts. Über welchen Mechanosensor
die Podozyten mechanische Dehnung wahrnehmen, ist jedoch nicht geklärt.
Filamine bilden mit F-Aktin stabile Netzwerke und können bei mechanischer Veränderung
der Netzwerke durch Freilegung von Proteinbindestellen als Mechanosensor
fungieren. Die Herunterregulation von Filamin A in kultivierten Mauspodozyten führte
zu einem deutlichen Verlust der Aktin-Stressfasern. Zudem zeigten wir zum ersten
Mal, dass die Synaptopodin-Expression kultivierter Podozyten abhängig von der
Filamin A-Expression war. Ferner konnten wir Filamin A als neuen Interaktionspartner
von Synaptopodin, einem podozytenspezifischen Aktin-bindenden Protein, aufzeigen.
Da Filamine in mechanisch gedehnten kultivierten Mauspodozyten vermehrt exprimiert
wurden und der Verlust von Filamin A darüber hinaus zu einer reduzierten Expression
von Fokaladhäsionsproteinen führte, gingen wir von einer geringeren Adhäsivität
mechanisch gedehnter Filamin A Knockout-Podozyten aus. Interessanterweise war
die Adhäsivität erst nach gemeinsamem Verlust von Filamin A und B reduziert, was
wir auf einen Rescue-Mechanismus zwischen den Isoformen zurückführten. Auf Basis
dieser Ergebnisse nahmen wir auch eine erhöhte Expression von Filamin A in Podozyten
unter mechanischer Belastung in vivo an. In der Tat exprimierten Podozyten in
einem Mausschadensmodell glomerulärer Hypertonie sowie in Glomeruli von Patienten
mit diabetischer Nephropathie vermehrt Filamin A in den Podozytenfußfortsätzen.
Zusammenfassend legen die Ergebnisse nahe, dass Filamine entscheidende Funktionen
hinsichtlich der Aktin-Organisation sowie der Adhäsivität von mechanisch gedehnten
Podozyten ausüben und sogar möglicherweise als Mechanosensor in
Podozyten fungieren können, was in weiterführenden Studien untersucht werden wird.
Underground hard coal mining operations irreversibly disrupt the pre-existing mechanical equilibrium of the geological media. The employment of high-recovery methods modifies the stress field of the sedimentary sequence, generating movement and faulting of the rock layers above and below mined seams. These new fracture zones do affect the original conditions of the hydrogeological system by modifying flow pathways and increasing the permeability of the rock sequence. Moreover, the surface area of rock exposed to air and water is increased, conditioning the water-rock interaction. Despite this rather clear conceptualization, flow and reactive transport processes in fractured overburdens are rarely modeled simultaneously. Discrete setups that consider fractures and porous matrix require extensive characterization of both media, which is impractical for regional case studies. As a result, most post-mining models explicitly ignore fracture structures by employing the equivalent porous approach or even both media with lumped parameter models. However, omitting either medium represents a delicate simplification, considering that mining-related fractures control the rate and direction of water flow within moderately permeable but relatively highly porous rock sequences.
In this dissertation, the specific contribution of fractured and matrix continua to the transient discharge and water quality of a post-mining coal zone is quantified and evaluated. For this purpose, dual and multiple interacting continua models are employed to simulate fluid flow and reactive mass transport in fractured and variable water-saturated rock sequences. The effectiveness of the models is evaluated by simulating the origin, generation and transport of acid mine drainage (i.e., water with elevated concentrations of hydrogen, iron, sulfate and chloride) within the shallow overburden of the Ibbenbüren Westfield. Compared to other coal districts in Germany, this area is strongly delimited by the local geology and topography, resulting in a well-defined hydrogeological system to test the models. Petrographic and chemical analyses performed on core samples from the area show the strong influence of mining-derived fractures on the water-rock interaction within the Carboniferous sequence. The presence of oxidized pyrite along with amorphous iron hydroxide phases in weathering fronts on both sides of the fractures demonstrates the exchange of solutes and gases between the fractured and the porous matrix media.
Based on the previous evidence, the TOUGHREACT software is employed to characterize flow and reactive transport processes in the Westfield. However, each of the two processes is simulated at separate stages to have more control in the adjustment of sensitive parameters for which little information is available. For the flow component, a dual continuum model, with Richard’s equations is used to characterize the unsaturated water flow in both fractured and matrix media. Under this approach, the model adequately reproduces the bimodal flow behavior of the discharges measured in the mine drainage for the years 2008 and 2017. Simulation results show how the fractured continuum generates intense discharge events during the winter months while the rock matrix controls smooth discharge limbs in summer, when water is slowly released back to the fractures. With the flow component calibrated, the second part of the study incorporates the geochemical processes into the model based on actual data from the rock samples. Their simulation requires extending the two-continuum setup to a multiple continua model with five nested block strings: one for the fractures and four for the rock matrix. This further subdivision prevents under-representations of kinetic reactions with short equilibrium length scales and numerical instabilities due to lack of chemical and flow gradients. As a result, the new multiple continua model provides good agreement with respect to long- and short-term concentrations and discharge trends measured in the mine drainage. The flow of oxygen and meteoric water through the fractured continuum leads to a high and steady release of hydrogen, iron and sulfate ions derived from pyrite oxidation in the matrix continua closest to the fractures. Moreover, high chloride concentrations result from the mixing and gradual release of relatively immobile solutes in the matrix as they interact with percolating water in the fracture. Both findings are equally congruent with the reactive pyrite oxidation and iron hydroxide precipitation fronts identified in the fractured core samples.
In the end, the multiple continua models, the simulation procedure and the results of the benchmark and sensitivity analysis scenarios developed for the Westfield pave the way for the application of the approach in other mining zones. The first candidate emerges in the Ibbenbüren Eastfield, where a coupled elemental-isotopic approach included in this thesis has confirmed that water-conducting fracture zones are primary elements for solute generation and transport in the first 300 meters of the overburden. In the latter case, calibration and verification of the models can be complemented with measurements of δ34S in sulfates and δ18O, δ2H, and Tritium in water.
To what extent do norms of regional Intergovernmental Organizations (IGOs) have an impact on member states’ borders and their permeability? International agreements and regional integration measures quite often highlight how harmonization of mechanisms and procedures related to cross-border interaction within specific communities takes place. As these agreements and measures contain mutual expectations about appropriate behavior, a form of convergence in bordering practices – and therefore effects – is implied. This leads to the assumption that cross-border interaction is gradually increasing and eventually leading to a ‘borderless’ realm that allows for the free movement of goods, services, persons, and capital. However, the nature of borders or a deeper understanding of the bordering process itself is often not central to the studies of international relations. They represent mere fixtures of international interaction and appear in the public discussion only if sudden restrictions are implemented or if large-scale changes in the international environment affect their functioning.
Specific literature on borders is relatively new and located mainly within an interdisciplinary setting that largely lacks coherency in its ontological concepts or deals exclusively with individual cases. The literature on the normative capacity of (regional) IGOs on the other hand is well matured and one of the cornerstones of international studies. However, here a blatant neglect of borders and bordering is apparent. This situation is aggravated by the circumstance that the field of International Relations by definition is dealing with cross-border interaction.
Apart from the general ontological issue of what borders and bordering processes are from a political science perspective, three main gaps in conjunction with the above question could be identified within the literature. The first relates to the general efficacy of the normative influence of regional IGOs on enhancing cross-border interaction through the issuing of specific normative provisions. On this, the relevant literature is divided. Arguments range from an all-permeating relevance of norms as intersubjective understandings that create specific expectations of appropriate behavior to the primacy of rational choices that are targeted to create benefits in most economic and security- related matters. The second gap relates to the relevance of domestic precognition in cross-border interaction. It is not clear to what extent dominant normative conceptions at the national level create obstacles to the efficacy of IGO provisions in shaping cross- border interaction. Finally, the impact of critical junctures – as kind of catalysts – that shift member state preferences in following communal obligations are being analyzed. Here, the assumption is that these junctures may either enhance or negate IGO provisions dependent on the dominant domestic preferences. Essentially, the approach taken here is a layered one, where each identified gap provides the basis for the following ones. The analysis itself is divided into a quantitative and a qualitative part. For the former, a new dataset has been created that specifically lists all normative provisions targeting the free movement of goods, services, persons, and capital of the two IGOs selected for this research project. This is an important departure from the usual dichotomous perception of IGO influence used throughout the literature. In conjunction with specific data related to each of the four freedoms, multiple variations of a gravimetric Poisson Pseudo-Maximum Likelihood model are specified. The qualitative approach draws upon descriptive and matching approaches to analyze the impact of dominant domestic norms and critical junctures on the bordering process. For this purpose, a corpus of source material is created that includes government declarations and media articles, as well as the specific IGO provisions on bordering to each of the four freedoms that are central to this research.
The quantitative findings indicate a strong and consistently positive impact of regulative IGO norms while evaluative IGO norms do not provide similar results. The qualitative findings point in a similar direction. As long as IGO norms have a more regulative direction and are obligatory, the effect is less likely to be diminished by contesting dominant domestic norms or critical junctures vis-`a-vis more evaluative IGO norms.
The results and additional findings of this research have implications for further research. Central to this is the capacity of regional IGOs to exert normative influence on the bordering practices of their member states. An additional finding relates to the interrelatedness of normative provisions. The more these provisions are cross-referencing each other – or are interlocked – the more robust they seem to get. This is a trait that is relevant for policy-makers and IGO bureaucracies if they want to enhance the compliance of their agents. On a methodological level, the here introduced data set on normative IGO provisions provides other researchers with a substantially more fine- grained approach to investigating the impact of specific IGO measures on a particular dimension of cross-border interaction.
In unserem Alltag sind Polymere weit verbreitet. In Form von funktionellen Polymeren werden sie u.a. als Wirk- oder Effektstoff eingesetzt. Sie bestehen aus einem Träger, an welchen über einen Spacer eine funktionelle Gruppe gebunden ist. Die Spacergruppen beeinflussen die chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften der Polymere bzw. ermöglichen diese erst. Dadurch stellen sie in der pharmazeutischen Industrie und der medizinischen Chemie Schlüsselbausteine dar.
Auch Monoester von symmetrischen Dicarbonsäuren oder symmetrischen Diolen werden für die Einführung von Spacergruppen verwendet. Sie können durch die Hydrolyse von Diestern oder Dioldiestern chemisch synthetisiert werden. Da diese Reaktion nicht selektiv erfolgt, entstehen Nebenprodukte wie Disäuren oder Diole, die die Ausbeuten schmälern und eine aufwändige Aufarbeitung notwendig machen. Selektive enzymatische Verfahren stellen eine echte Alternative dar, denn eine Trennung des Produkts vom Nebenprodukt ist nicht notwendig. Bisher sind nur wenige Enzyme bekannt und verfügbar, die zur Synthese von Monoestern verwendet werden können.
Ziel dieser Arbeit ist die Entdeckung neuer Lipasen und Carboxylesterasen als Biokatalysatoren zur Synthese von Monoestern, die zudem in ausreichender Verfügbarkeit generiert werden sollen. Als Gendonor und Expressionssystem diente hierfür die Hefe Blastobotrys raffinosifermentans. Die nicht-konventionelle, nicht-pathogene und thermotolerante Hefe B. raffinosifermentans weist ein breites Kohlenstoff- und Stickstoff-Quellen Spektrum auf, was sie für industrielle Anwendungen interessant macht. Aufgrund einer bereits vielfach eingesetzten, effizienten Transformationsmethode wurde die Hefe bereits zur Produktion verschiedener Proteine wie humanem Serumalbumin, Interleukin-6, Phosphatasen mit Phytase-Aktivität, Tannasen und einer Lipase eingesetzt. Die exzellenten Wachstumsparameter garantieren hohe Enzymausbeuten.
Insgesamt wurden in dieser Arbeit 30 putative Lipase- und Carboxylesterase-Gene in ihrem Genom durch Annotationsanalysen identifiziert. Diese Gene wurden isoliert, amplifiziert und in der Hefe selbst überexprimiert. Die Proteinextrakte der erzeugten Stämme wurden anschließend auf Esteraseaktivität getestet, wovon sieben Kandidaten das Substrat p-Nitrophenylbutyrat (pNP-Butyrat) hydrolysierten. Anschließend wurde mittels eines Assays untersucht, ob die Enzyme die Hydrolyse der Substrate Adipinsäurediethylester (DEA), Dimethyl trans-1,4-cyclohexandicarboxylat (DMCH), Terephthalsäurediethylester (DETS) und Decandiol-dimethacrylsäureester (DDMAE) katalysieren. Vier Kandidaten hydrolysierten DEA und DMCH und ein Extrakt eignete sich zur Hydrolyse von DETS. Es folgten eine Testung auf Selektivität mittels Gaschromatographie mit gekoppeltem Flammenionisationsdetektor und eine affinitätschromatographische Reinigung der fünf Proteine. Dabei stellten sich die drei Kandidaten Alip2-6hp, 6h-Best1p und 6h-Best2p, eine putative Lipase und zwei putative Carboxylesterasen, als potenziell geeignete Kandidaten heraus.
Anschließend erfolgte die biochemische Charakterisierung der drei Proteine. Das Temperatur-Optimum der Enzyme lag zwischen 31 °C und 41 °C und das pH-Optimum zwischen 6,6 und 7,0. Die Metallionen Fe2+, Fe3+ und Cu2+ inhibierten alle drei Biokatalysatoren und auch die Zugabe verschiedener Lösungsmittel verringerte ihre Aktivität. Die Untersuchung des Substratspektrums mit p-Nitrophenylestern mit Kettenlängen von C2 bis C18 zeigte eine Präferenz von Alip2-6hp für mittelkettige pNP-Ester mit einem Maximum bei pNP-Caproat und von 6h-Best1p und 6h-Best2p für kurzkettige pNP-Ester mit einem Maximum bei pNP-Acetat. 6h-Best1p und 6h-Best2p zeigen damit das für Carboxylhydrolasen typische Substratspektrum. Da Lipasen üblicherweise langkettige Substrate bevorzugen, wurde die Klassifizierung für Alip2-6hp mittels Tween 20- und Olivenöl-Agarplattentest weiter untersucht. Das positive Ergebnis dieser Untersuchung lässt auf eine Lipase schließen.
Zur Bestimmung der Selektivität der Enzyme wurde die Hydrolyse von DEA und DMCH zeitlich per GC-FID verfolgt. Nach Derivatisierung der Carboxylgruppen war die quantitative Auswertung zum Gehalt an Monoester, Diester und Disäure möglich. Es ließ sich damit die Hydrolyse von DEA mit 6h-Best1p bestätigen. Bessere Ergebnisse wurden mit Alip2-6hp für das Substrat DMCH erzielt und mit Abstand die schnellste Hydrolyse wurde mit DEA als Substrat erreicht. In gereinigter Form hydrolysierte Alip2-6hp das Substrat DEA selektiv zu MEA, sodass bis zu 96 % Monoester synthetisiert werden konnten. Im Vergleich dazu wird MEA deutlich langsamer hydrolysiert.
Zusätzlich wurden fünf unterschiedliche Formulierungen des Enzyms Alip2-6hp mit dem Substrat DEA getestet: (1) Rohextrakt, (2) freies, gereinigtes Enzym, (3) immobilisiertes, gereinigtes Enzym (Beads) und als Ganzzellkatalysatoren (4) permeabilisierte (Triton-) Zellen und (5) permeabilisierte, immobilisierte (Triton-) Zellen. Die vielversprechendsten Ergebnisse wurden mit isoliertem gereinigtem Enzym erzielt. DEA wurde vollständig und spezifisch zu MEA umgesetzt.
Zur Gewährleistung einer ausreichenden Verfügbarkeit der Enzyme erfolgte die Kultivierung der Überexpressionsstämme im Fermenter im Fed-batch. Der Alip2-6hp produzierende Hefestamm erbrachte Aktivitäten von 674 U L-1, während der 6h-Best2p Überexpressionsstamm 2239 U L-1 produzierte.
Amid the current global biodiversity crisis, being able to accurately monitor the changing state of biodiversity is essential for successful conservation actions and policy. Despite the pressing need for reliable and cost-effective monitoring methods, collecting such data remains extremely difficult for elusive species, such as temperate zone bats. Although bats are important indicators of environmental changes, monitoring bat populations is challenging because they are nocturnal, volant, small, and highly sensitive to human activities and disturbance. Thus far, population trends of temperate zone bats have been mainly based on visual surveys, including winter hibernation counts at underground sites. However, as bats may not always be roosting in visible locations within the hibernacula, it is currently unknown how these estimates relate to actual population sizes.
Infrared light barriers combined with camera traps are a novel method to monitor bats at underground sites. When installed at the entrance of hibernacula, infrared light barriers have the potential to estimate site-level population sizes more accurately than visual surveys, by counting all bats flying in and out of the site. Moreover, camera traps, consisting of a digital camera and white flash, can be used for species-level identification. However, for this new method to be applicable as a large-scale bat monitoring technique, it is important to characterize it with regard to three main criteria: is the method minimally invasive, is it accurate, and is it scalable in terms of spatial and temporal resolution? Therefore, the purpose of this thesis was to investigate the invasiveness and accuracy of this novel bat monitoring method, and to develop standardized and automated data analysis pipelines, both for the light barrier and camera trap data, to support the deployment of this method at scale.
In Publication I, we used light barrier data, infrared video recordings and acoustic data from an experimental field study to investigate whether the white flash of the camera trap has any measurable short- or long-term effect on bat activity and behavior. The flash of the camera trap was turned on and off every week at each site, which allowed us to compare the activity and behavior of bats between flash-on and flash-off nights. We found that despite the high sensitivity of bats to disturbance, they did not change their nightly activity patterns, flight direction, echolocation behavior, or long-term site use in response to the white flash of the camera trap. Based on these results, we concluded that camera traps using a white flash are a minimally invasive method for monitoring bat populations at hibernacula, providing high quality images that allows species-level identification.
In Publication II, we used infrared video surveillance to quantify the accuracy of infrared light barriers, and we described a standardized methodology to estimate population sizes and trends of hibernating bat assemblages using light barrier data. We showed that light barrier accuracy varies based on the model and location of the installation relative to the entrance, with the best combination achieving nearly perfect accuracy over the spring emergence phase. When compared to light barrier-based estimates, we found that visual counts markedly underestimated population sizes, recovering less than 10% of the bats at the most complex hibernacula. Moreover, light barrier-based population trends showed regional patterns of growth and decline that were not detectable using the visual count data. Overall, we established that the light barrier data can be used to estimate the population size and trends of hibernating bat assemblages with unprecedented accuracy and in a standardized way.
In Publication III, we described a deep learning-based tool, BatNet, that can accurately and efficiently identify bat species from camera trap images. The baseline model was trained to identify 13 European bat species or species complexes using camera trap images collected at 32 hibernation sites (i.e., trained sites). We showed that the baseline model performance was very high across all 13 bat species on trained sites, as well as on untrained sites when the camera angle and distance from the entrance were comparable to the training images. At untrained sites with more atypical camera placements, we demonstrated the ability to retrain the baseline model and achieve an accuracy comparable to the trained sites. Additionally, we showed that the model can learn to identify a new species, while maintaining high classification accuracy for all original species. Finally, we established that BatNet can be used to accurately describe ecological metrics from camera trap images (i.e., species diversity, relative abundance, and species-specific phenology) that are relevant for bat conservation.
We conclude that infrared light barriers and camera traps offer a minimally invasive and accurate method to monitor site-level bat population trends and species-specific phenological estimates at underground sites. Such remote data collection approaches are particularly relevant for monitoring large, complex hibernation sites, where traditional visual surveys are not feasible or account only for a small fraction of the actual population. Combining this automated monitoring method with a deep learning-based species identification tool, BatNet, allows us quickly and accurately analyze millions of camera trap images resulting from large-scale, long-term camera trap studies. As a result, we can gain unprecedented insights into the behavior and population dynamics of these enigmatic species, drastically improving our ability to support data-driven bat conservation.
Mit weltweit potenziell 5,3 Millionen Todesopfern pro Jahr ist die Sepsis eine der häufigs-ten Todesursachen3. Ursprung dieser ist eine Dysregulation einer immunologischen Reak-tion mit Inflammation und daraus folgenden Organschäden9,10. Der Nutzen von Albumin in der supportiven Therapie dieser lebensbedrohenden Erkrankung wird seit längerem disku-tiert. Aus diesem Grund befasst sich die hier vorliegende Arbeit mit dem Zusammenhang zwischen der Albuminsubstitution und Letalität der schweren Sepsis und des septischen Schocks. Als Grundlage dienten die Patient*innendaten aus der intensivmedizinischen Sepsisdatenbank der Universitätsmedizin Greifswald, im Zeitraum von 2010 bis 2015. Zu-nächst wurden die Patient*innen in zwei Gruppen eingeteilt. Die Patientin*innen der „Gruppe A“ erhielten kein Albumin und die Patient*innen der „Gruppe B“ bekamen Albumin substituiert. Anschließend erfolgte die Unterteilung je nach Ausprägung der Hypalbuminä-mie, bemessen am niedrigsten Serumalbuminwert, in vier Subgruppen (Gruppe 1 A/B bis 4 A/B). In einer weiteren Unterteilung, anhand einer messbaren Erhöhung des Serumal-bumins nach Substitution, wurden die Patient*innen der „Gruppe B“ in „Responder“ und „Nonresponder“ gruppiert.
Insgesamt konnten dadurch 701 Patient*innen in die Studie eingeschlossen werden. Von diesen waren 258 weiblich (36,8 %) und 443 männlich (63,20 %). Entsprechend lag das akkumulierte mittlere Erkrankungsalter aller Patient*innen bei 67,93 ± 12,6 (MW ± SD) Jahren. In der Gesamtheit betrachtet war der septische Schock mit 76,03 % (n = 533) häufiger vertreten als die schwere Sepsis mit 23,97 % (n = 168). Der „APACHE II Score“ der Gesamtpopulation lag im Mittel bei 20,19, was einem Mortalitätsrisiko von rund 40 % entspricht. Die Patient*innen, die kein Albumin substituiert bekamen, wiesen ein 30 % höheres Risiko auf innerhalb der ersten 28 Tage nach Sepsisdiagnose zu versterben (Fisher-Exact-Test: p = 0,0279; KI: 1.019 - 1.257). Die statistische Betrachtung der Pati-ent*innen mit besonders niedrigen Albuminwerten (≤ 15 g/l) zeigte, dass Patient*innen ohne Substitution ein 56 % höheres Risiko hatten in den ersten 28 Tagen zu versterben. Im Vergleich der Gruppen bezüglich ihrer 90-Tage-, Intensiv- und Krankenhaussterblich-keit ergab sich keinen signifikanten Unterschied. Bei den Gruppen B 2-4 mit Albuminkon-zentrationen über 15 g/l konnte ebenfalls, im Vergleich der Letalität, keine Unterschiede ausgemacht werden.
Grundsätzlich wurde anhand der vorliegenden Daten aufgezeigt, dass die Substitution von Albumin mit einer reduzierten Letalität in den ersten 28 Tagen assoziiert ist. Dies gilt für alle Patient*innen mit einer Albumintherapie und insbesondere für Patient*innen mit einem Albuminwert unter 15 g/l. Fraglich bleibt jedoch, ob eine alleinige Albuminsubstitution eine Letalitätsreduktion bedingt. Allerdings konnte die Hypalbuminämie als unabhängiger Risi-kofaktor für eine erhöhte Letalität in der Sepsis bestätigt werden.
Abschließend kann gesagt werden, dass die durch diese Studie gewonnenen Ergebnisse die aktuellen Leitlinien zur Diagnostik und Therapie der Sepsis unterstützen7. Um aller-dings genauere Aussagen über den Einfluss von Albumin in Bezug auf die Letalität in der Sepsis machen zu können, sollten Studien unter kontrollierten Bedingungen und unter der Einbeziehung einer größeren Studienpolulation durchgeführt werden.
Foraging behavior, neuroanatomy and neuroplasticity in cursorial and stationary hunting spiders
(2023)
The central nervous system (CNS) is the integration center for the coordination and regulation of
all body activities of animals and the source of behavioral patterns, behavioral plasticity and
personality. Understanding the anatomy and the potential for plastic changes of the CNS not only
widens the knowledge on the biology of the respective species, but also enables a more
fundamental understanding of behavioral and ecological patterns. The CNS of species with
different sensory ecologies for example, will show specific differences in the wiring of their CNS,
related to their lifestyle. Spiders are a group of mesopredators that include stationary hunting
species that build webs for prey capture, and cursorial hunting species that do not build capture
webs. These distinct lifestyles are associated with major differences in their sensory equipment,
such as size of the different eyes.
In this thesis, I aimed to answer if a cursorial mesopredator would change its behavior due to
different levels of perceived predation risk, and if this behavior would be influenced by individual
differences (chapter 1); how the visual pathways in the brain of the cursorial hunting jumping
spider Marpissa muscosa differs from that of the nocturnal cursorial hunting wandering spider
Cupiennius salei (chapter 2); to what degree the visual systems of stationary and cursorial hunting
spiders differ and whether CNS areas that process vibratory information show similar differences
(chapter 3); and finally if the CNS in stationary and cursorial hunting spiders shows different
patterns of neuroplasticity in response to sensory input and deprivation during development
(chapter 4).
In chapter 1, I found that jumping spiders adjust their foraging behavior to the perceived level of
risk. By favoring a dark over a light substrate, they displayed a background-matching strategy.
Short pulses of acute risk, produced by simulated bird overflights, had only small effects on the
behavior. Instead, a large degree of variation in behavior was due to among-individual differences
in foraging intensity. These covaried with consistent among-individual differences in activity,
forming a behavioral syndrome. Our findings highlight the importance of consistent amongindividual
differences in the behavior of animals that forage under risk. Future studies should
address the mechanisms underlying these stable differences, as well as potential fitness
consequences that may influence food-web dynamics.
In chapter 2, I found that the visual pathways in the brain of the jumping spider M. muscosa differ
from that in the wandering spider C. salei. While the pathway of the principal eyes, which are
responsible for object discrimination, is the same in both species, considerable differences occur
in the pathway of the secondary eyes, which detect movement. Notably, M. muscosa possesses
an additional second-order visual neuropil, which is integrating information from two different
secondary eyes, and may enable faster movement decisions. I also showed that the tiny posterior
median eye is connected to a first-order visual neuropil which in turn connects to the arcuate body
(a higher-order neuropil), and is thus not vestigial as suggested before. Subsequent studies should
focus on exploring the function of the posterior median eyes in different jumping spider species,
Foraging behavior, neuroanatomy, and neuroplasticity in cursorial and stationary hunting spiders
as they show considerable inter-specific size differences that may be correlated with a differing
connectivity in the brain.
In chapter 3, I described all neuropils and major tracts in the CNS of two stationary (Argiope
bruennichi and Parasteatoda tepidariorum) and two cursorial hunting spiders (Pardosa amentata
and M. muscosa). I found major differences in the visual systems of the secondary eyes between
cursorial and stationary hunting spiders, but also within the groups. A. bruennichi has specialized
retinula cells in two of the secondary eyes, which connect to different higher-order neuropils. P.
tepidariorum has only a single visual neuropil connected to all secondary eyes, and lacks
recognizable mushroom bodies. The neuroanatomy of CNS areas that process mechanosensory
information on the other hand, is remarkably similar between cursorial and stationary hunting
species. This suggests that the same major circuits are used for the processing of mechanosensory
information in both cursorial and stationary hunting spiders. Future studies on functional aspects
of sensory processing in spiders can build on the findings of our study.
In chapter 4, I found that developmental neuroplasticity in response to sensory input differs
between a cursorial (M. muscosa) and a stationary hunting spider (P. tepidariorum). While
deprivation of sensory input leads to a volume increase in several visual and mechanosensory
neuropils M. muscosa, neither sensory deprivation nor sensory enrichment had an effect on the
volume of neuropils in P. tepidariorum. However, exposure to mechanical cues during
development had an effect on the allometric scaling slope of the leg neuropils in both M. muscosa
and P. tepidariorum. Future studies should focus on the genetic and cellular basis of
developmental neuroplasticity in response to sensory input in order to explain the observed
patterns.
Trotz allen wissenschaftlichen Fortschritts und verbesserter Therapien bleibt das Pankreaskarzinom
eine äußerst schwerwiegende Erkrankung und ist gekennzeichnet durch eine späte Diagnosestellung,
eine - sofern noch möglich - anspruchsvolle und risikoreiche Operation zur Resektion und eine trotz
aller Bemühungen niedrige Überlebensrate.
Die körpereigene Tumorabwehr umfasst eine Vielzahl an ineinandergreifenden immunologischen
Prozessen und unterliegt der Beeinflussung durch zahlreiche Faktoren. Gerade für den Verlauf nach
einer ausgedehnten Operation ist ein intaktes Immunsystem von ganz besonderer Bedeutung.
So ist es unabdingbar, die Kenntnisse über den Einfluss einer operativ ausgelösten Immundysfunktion
auf den Verlauf des Pankreaskarzinoms zu erweitern und die Mechanismen dezidiert zu untersuchen.
Die Kombination beider Mausmodelle stellt dafür eine ausgezeichnete Möglichkeit dar.
Die Kombination von Tumor und SID löst eine starke Aktivierung des Immunsystems aus. In Blut und
Milz konnte eine ausgeprägte Verschiebung der zellulären Zusammensetzung zugunsten der
Neutrophilen Granulozyten und der Monozyten beobachtet werden. T-Helfer- und Zytotoxische TZellen
zeigten eine verstärkte Aktivierung. Sowohl pro- (z.B. IL-6, IL-1β, TNF) als auch
antiinflammatorische (z.B. IL-10) Zytokine waren im Serum bzw. im Splenozytenüberstand in
erhöhter Konzentration messbar. Dies unterstreicht die Vermutung, dass die Kombination beider
Stressoren (Tumor + SID) zu einer verstärkten und möglicherweise prolongierten sowie
dysregulierten Aktivierung des Immunsystems führt. Wesentliche Ergebnisse dieses Teils der Arbeit
wurden im August 2022 im Cancers (Basel) veröffentlicht.
Zusätzlich konnte durch die Bestimmung verschiedenster Metabolite gezeigt werden, dass die
Kombination von Tumor und SID einen katabolen Stoffwechsel hervorruft. Viele Metabolite, wie
Spermin, Spermidin oder Carnosin, die das Tumorwachstum beeinflussende Eigenschaften
aufweisen, zeigten sich durch die Kombination der beiden Stressoren signifikant verändert. Nicht
zuletzt wurde der Einfluss von Tumor und SID sogar auf den Stoffwechsel von
Plasmamembranbestandteilen sichtbar.
Die Kombination dieser beiden Modelle bietet viel Potential für wichtige Erkenntnisse in Bezug auf
den Einfluss der postoperativen Immundysfunktion auf den Verlauf des Pankreaskarzinoms und kann
einen bedeutenden Beitrag zum Verständnis der immunologischen wie metabolischen Mechanismen
leisten. Nur so besteht die Möglichkeit, in Zukunft vielversprechende Therapieansätze entwickeln zu
können.
Mit dieser Arbeit sollten die Auswirkungen von kommensalen Bakterien auf die frühe
Schwangerschaft untersucht werden. In der Plazenta wird ein physiologisches
Mikrobiom beschrieben, zu welchem auch das gram-negative anaerobe Bakterium
Fusobacterium nucleatum gehört. Getestet wurde mit in vitro Experimenten ob eine
niedrige Bakterienkonzentration F. nucleatum toleriert wird, ohne eine schädliche
Immunantwort auszulösen oder den Trophoblasten in seiner Funktion einzuschränken.
Als Modell wurden die virustransfizierte Trophoblastzelllinie HTR8/SVneo sowie die
Chorionkarzinomzelllinien JEG-3 und BeWo genutzt, die mit F. nucleatum und E. coli
behandelt wurden. Die Bakterien wurden inaktiviert um nicht-infektiöse Bedingungen zu
imitieren. Invasion assay, scratch assay, cell viability assay, apoptosis detection, cell
cycle analysis, ELISA, in-cell western assay, multiplex assay und Immunfluoreszenz
wurden genutzt.
Die Invasivität von HTR8/SVneo konnte durch Stimulation mit geringen Mengen F.
nucleatum gesteigert werden. Die Migration von HTR8/SVneo und BeWo wurde durch
kleine Mengen F. nucleatum nicht beeinträchtigt. Eine hohe Konzentration reduzierte die
Migration von HTR8/SVneo, nicht jedoch von BeWo. Hohe Konzentrationen F.
nucleatum reduzierten die Viabilität in HTR8/SVneo, BeWo und JEG-3. Sie erhöhten
auch die Apoptoserate in HTR8/SVneo und BeWo. F. nucleatum induzierte in
HTR8/SVneo die Sekretion invasionsfördernder Faktoren. In BeWo dagegen sank die
Produktion durch F. nucleatum-Stimulation. BeWo und JEG-3 exprimieren E-Cadherin
sehr viel stärker als HTR8/SVneo.
Aus den Experimenten ergibt sich, dass eine niedrige Konzentration von Bakterien oder
bakteriellen Bestandteilen in der fetomaternalen Einheit vorhanden sein könnte, ohne
eine schädliche Immunantwort auszulösen. Sie könnten die Funktion des Trophoblasten
sogar positiv beeinflussen indem pro-inflammatorische Zytokine induziert werden und
die Invasivität positiv beeinflusst wird.
Die vorliegende Studie befasst sich mit der Lage und der Ausrichtung des Foramen rotundum beim Menschen und nicht-menschlichen Primaten. Letztere umfasste sowohl Strepsirrhini als auch Platyrrhini und Catarrhini. Die Untersuchungen basieren auf insgesamt 94 computertomographischen Datensätzen von Schädeln unterschiedlicher Gattungen von Primaten, einschließlich menschlicher Schädel beiden Geschlechts. Mit Hilfe der Software RadiAnt DICOM Viewer (v4.6.9 ©) wurden zunächst geeignete Grund- und Messebenen definiert. Dabei galt es zu berücksichtigen, dass es sich beim Foramen rotundum nicht um eine einfache Öffnung der Schädelbasis handelt, sondern um einen Knochenkanal mit einer bestimmten Ausrichtung. Basierend auf diesen vorab definierten Grund- und Messebenen wurden verschiedene Strecken-, Winkel- als auch Flächenmessungen vorgenommen, um die Lage sowie den Verlauf des Foramen rotundum zu bestimmen. Weiterhin wurde die anatomische Lage des Foramen rotundum zu umliegenden Strukturen untersucht. Speziell erstellte Indizes erlaubten einen artenübergreifenden Vergleich der Maße des Foramen rotundum. Die vielfältigen statischen Beziehungen zwischen den Maßen des Foramen rotundum und des Gesichtsschädels wurden zunächst mit Hilfe einer Korrelationsanalyse untersucht. Basierend auf diesen Ergebnissen erfolgten für ausgewählte signifikante Korrelationen weitere Untersuchungen mit Hilfe einer einfachen linearen Regression.
Das Foramen rotundum zeigte sich als rundlicher bis ovaler, geschlossener Knochenkanal. Lediglich innerhalb der Loriformes wies der knöcherne Kanal eine partielle Öffnung innerhalb der Fissura orbitalis superior auf. In Bezug zu den vorab definierten Grundebenen läuft das Foramen rotundum beim Menschen, ausgehend von seiner Öffnung in der Fossa cranii media, nach kranio-lateral. Es befindet sich beim Menschen vorranging lateral des Sinus sphenoidalis sowie kaudal der Fissura orbitals superior und kranio-lateral des Canalis pterygoideus. Eine ähnliche räumliche Beziehung zu umliegenden Strukturen zeigte das Foramen rotundum auch bei Orang-Utan und Cepus apella. Auch bei Schimpansen und Gorillas stellten sich dem Menschen sehr ähnliche anatomische Beziehungen des Foramen rotundum dar. Im Gegensatz zur Situation beim Menschen ist das Foramen rotundum der afrikanischen Menschenaffen jedoch am oberen Rand des Sinus sphenoidalis lokalisiert und wird von diesem an drei Seiten umgeben. Bei Gibbons und Mantelaffen befand sich das Foramen rotundum stets medial vom Canalis pterygoideus.
Die durchschnittliche Fläche des Foramen rotundum beim Menschen beträgt ca. 7,76 mm². In Bezug zum Gesichtsschädelvolumen hat das Foramen rotundum des Menschen die zweitgrößte Fläche aller untersuchten Primaten. Als einziger Primat war die Fläche des Foramen rotundum der Loriformes in Bezug zu dessen Gesichtsschädelvolumen etwa 17-fach größer als beim Menschen. Im artenübergreifenden Vergleich zeigten die Gorillas die kleinste Flächen-Gesichtsschädel-Relation des Foramen rotundum. Diese war ca. 33-fach kleiner gegenüber dem Menschen. In Bezug zur Schädelbasislänge sind die Kanallängen des Foramen rotundum beim Menschen, Orang-Utan, Mantelaffen sowie den Lemuriformes in etwa gleich lang. Mit einem in Bezug zur Schädelbasislänge etwa 3,5-fach längeren Foramen rotundum, als es der Mensch besitzt, wiesen die gehaupten Kapuziner zugleich das längste Foramen rotundum der untersuchten Primaten auf. Die Gorillas, Brüllaffen und Schimpansen ordneten sich bezüglich der Kanallänge in absteigender Reihenfolge zwischen den Cebus apella und den Menschen ein. Ein im Vergleich zum Menschen relativ kürzeres Foramen rotundum fand sich bei den Gibbons sowie den Loriformes.
Im Ergebnis der Korrelationsanalyse konnten signifikante Zusammenhänge zwischen dem Foramen rotundum und den Schädelmaßen Gesichtsschädelvolumen, Gesichtsschädellänge sowie Schädelbasislänge bei Mantel- und Brüllaffen sowie den Loriformes beobachtet werden. Beim Menschen korreliert die Länge des Foramen rotundum signifikant mit dem Gesichtsschädelvolumen, der Obergesichtshöhe sowie der Mittelgesichtsbreite. Darüber hinaus korreliert die Fläche des Foramen rotundum signifikant mit der Gaumenlänge.
Diese Studie ermöglicht einen detaillierten Vergleich zwischen der Morphologie des Foramen rotundum des Menschen und nicht-menschlichen Primaten. Die im Rahmen dieser Arbeit erhobenen biometrischen Daten sowie anatomischen Einordnungen können als Grundlage zur weiteren Erforschung der menschlichen, aber auch nicht-menschliche Strukturen der Schädelbasis sowie evolutionärer Anpassungsprozesse dienen. Die herausgearbeiteten Erkenntnisse über die Topographie des Foramen rotundum können sowohl für die Grundlagenforschung, als auch für verschiedene klinische Fachgebiete wie Neurochirurgie, Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Mund-Kiefer-Gesichts-Chirurgie, Radiologie und Forensische Medizin von Interesse sein.
Autoclaved aerated concrete (AAC) is a building material that combines heat insulation
properties with sufficient mechanical strength for masonry construction. Compared to
ordinary concrete, the matrix is highly porous (>50%) and hardened by a hydrothermal curing
process at 150°C - 200°C. During this process, quartz sand and portlandite react to form first
calcium silicate hydrates (C-(A)-S-H) with Ca/Si ratios <1.3 and then tobermorite. Especially
tobermorite, which has a much larger crystallite size than C-(A)-S-H, provides improved
mechanical strength. This reaction sequence is influenced by many parameters and
additives of which calcium sulfate is probably the most important. Despite several attempts to
investigate these hydrothermal reactions, the actual reaction mechanism involved when
adding sulfate ions is not fully understood. It has been suggested that the addition of ca.
1.5 wt% significantly improves the mechanical properties due to the enhanced formation and
arrangement of tobermorite in the porous matrix. Since the sulfate content in AAC waste is
exceeding regulatory threshold for low-quality reuse in some countries, the aim of this study
was to investigate in detail the reaction mechanisms involving sulfate addition. Such
knowledge may open up the possibility to improve AAC production and to avoid the need for
sulfate addition. To achieve this goal, this research work focused on investigating the
hydrothermal curing process to determine the sequence of hydrothermal reactions and the
spatial distribution of the phases formed. For this purpose, a new setup for in situ X-ray
diffraction was specifically designed to study hydrothermal reactions and to conduct time
intensive experiments on a normal laboratory diffractometer. In order to quantitatively
evaluate the in situ measurements by Rietveld analysis using TOPAS, it was also necessary
to develop atomistic structure models for C-(A)-S-H phases. This was made possible by
adopting a supercell approach that was previously used to describe turbostratically stacked
clay minerals. The structure models, derived from tobermorite, are placed in an otherwise
empty supercell to simulate the C-(A)-S-H nanostructure. Adopting these methodological
advances, it was possible to obtain absolute phase quantities from in situ data and to track
the reaction kinetics of the hydrothermal curing process. These results were then combined
with ex situ X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Confirming previous studies,
the major effect of sulfate ions was the formation and decomposition of hydroxylellestadite. It
was further revealed that C-(A)-S-H formation was delayed during hydroxylellestadite
formation, which is supposed to support the silicate ion diffusion and hence the tobermorite
formation at a stage critical for improved hardening of AAC. This can be linked to the
formation of lower amounts of capillary pores in the range of 1-5 µm, as observed by
scanning electron microscopy, and therefore a lower concentration of inherent defects that
resulted in the improved mechanical properties. This research work highlights how important the spatial distribution of crystallites is for the properties of a building material and how this
distribution can be influenced by small alterations in reaction chemistry.
Die Forschung mit kaltem Atmosphärendruckplasma (CAP) eröffnet neue medizinische Behandlungsmöglichkeiten im Bereich der Tumorbehandlung, eine verbesserte Wundbehandlung und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im dentalen Bereich. Trotz eines zunehmenden Erkenntnisgewinns im Bereich der Plasmaforschung gibt es nach wie vor viele ungeklärte Fragen im Bereich der Anwendungssicherheit von kaltem Atmosphärendruckplasma. Da der kINPen® MED im intraoralen Bereich an Patient(inn)en Anwendung findet, ist es notwendig, Untersuchungen in Bezug auf mögliche Interaktionen zwischen den dentalen Restaurationsmaterialen und kaltem Atmosphärendruckplasma durchzuführen, um die Patientensicherheit während der Behandlungen mittels in vitro und in vivo Studien weiter auszubauen. Studien zur Untersuchung dieser Interaktionen fehlen bisher in der Literatur.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Einfluss von kaltem Atmosphärendruckplasma auf die Oberflächeneigenschaften von drei verschiedenen dentalen Kompositen zu untersuchen. Die dentalen Komposite Arabesk Flow, Arabesk Top und GrandioSO (VOCO GmbH, Cuxhaven, Deutschland) unterscheiden sich in Bezug auf ihren Füllerkörpergehalt (niedrig-, mittel-, hochgefüllt) voneinander. Die Plasmabehandlung erfolgte mittels des kINPen® (neoplas tools GmbH, Greifswald, Deutschland) über einen Untersuchungszeitraum von 19 Tagen zu sechs Zeitpunkten (0., 3., 5., 15., 17. und 19. Tag). Gruppe I diente als Kontrollgruppe und wurde nicht mit Plasma behandelt. Gruppe II wurde 30 Sekunden stationär und Gruppe III 60 Sekunden mäanderförmig mit kaltem Plasma behandelt. Im Rahmen der materialografischen Untersuchungen wurden insgesamt 2160 Profilometermessungen, 240 Raster-Kraft-Mikroskopie (AFM)-Messungen, 117 Photoelektronenspektroskopie(XPS)-Messungen und 27 Wasserkontaktwinkelmessungen durchgeführt.
Die statistische Analyse wurde für die einzelnen Gruppen der Profilometermessung durchgeführt. Aufgrund der schiefen Verteilung der Ergebnisse wurden nicht-parametrische Tests wie der Kruskal-Wallis- und der Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test angewendet.
Im Ergebnis konnten in der Wasserkontaktwinkelmessung und der Photoelektronenspektroskopie Veränderungen der Probenoberfläche nach der 30 s stationären und der 60 s mäanderförmigen Plasmabehandlungsvarianten aufgezeigt werden. Nach der Plasmabehandlung zeigte sich in den XPS-Messungen mit der Häufigkeit der Behandlungen eine Abnahme der Kohlenstoffanteile und gleichzeitig steigende Sauerstoff- und Füllkörperanteile wie Silizium an der Probenoberfläche. Der vermehrte Einbau von Sauerstoffverbindungen nach den erfolgten Plasmabehandlungen resultierte im Rahmen der Kontaktwinkelmessungen in einer Entwicklung zu hydrophileren Oberflächen. Das Absinken der Kohlenstoffverbindungen und der Anstieg von Elementen der Füllkörper lässt ein Abtragen der Matrix zwischen den Füllkörpern der dentalen Komposite vermuten. Im Rahmen der AFM- und Profilometermessungen konnte keine eindeutige Veränderung der Oberflächenrauheit nach einer Plasmabehandlung festgestellt werden. Die in dieser Studie aufgezeigten Ergebnisse tragen zu einem ersten Erkenntnisgewinn im Themenbereich des plasmaassoziierten Risikopotentials in Bezug auf dentale Komposite bei. Es sind weiterführende Untersuchungen in diesem Zusammenhang nötig, um die aufgezeigten Ergebnisse dieser Studie in Bezug auf die intraorale Anwendungssicherheit der Plasmabehandlung für die Patient(inn)en weiter auszubauen.
In dieser Arbeit sollte untersucht werden welche Probleme aus der ersten ärztlichen Leichenschau bei der zweiten Leichenschau vor Feuerbestattung im Zeitraum vom 01.01.2018-31.12.2021 im Versorgungsgebiet des Institutes für Rechtsmedizin der Universitätsmedizin Greifswald auffielen und zum Anhalten des Leichnams führten. Für den gleichen Zeitraum wurde zusätzlich im Rahmen der amtsärztlichen Kontrolle die Fehler der Todesbescheinigungen des Landkreises Vorpommern-Greifswald ausgewertet. Außerdem wurde die Einflussmöglichkeit durch Fortbildungen auf die Qualität der ärztlichen Leichenschau betrachtet.
Einleitend wurde die obligatorische ärztliche Leichenschau und die Vielfältigkeit der Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung und -sicherung in den unterschiedlichen Bundesländern betrachtet. Des Weiteren wurde das zeitaufwendige Verfahren des Institutes für Rechtsmedizin der Universitätsmedizin Greifswald geschildert mit dem versucht wurde durch kleine, individuelle Schulungen und Fortbildungen die leichenschauenden Ärzte auf Fehler hinzuweisen und so die Qualität der ärztlichen Leichenschau zu verbessern.
Es wurden daher die Angaben des Blatt 3 des Vertraulichen Teiles der Todesbescheinigung in M-V der 36.419 Sterbefälle, die in den Krematorien Greifswald und Neubrandenburg kremiert wurden und auch die Ergebnisse der zweiten Leichenschauen vor Feuerbestattung, retrospektiv untersucht. Die Fehler und Auffälligkeiten wurden in vordefinierte Kategorien erfasst und den verschiedenen Arztkategorien zugeordnet. Bei der amtsärztlichen Kontrolle der Todesbescheinigungen wurden die dokumentierten Fehler der 15.449 Sterbefälle des Landkreises Vorpommern-Greifswald retrospektiv untersucht. Hierbei wurden die Fehler in vordefinierte Kategorien erfasst und den verschiedenen Arztkategorien zugeordnet. Es wurden die Fortbildungsmaßnahmen erfasst die durch die Ärzte des Institutes für Rechtsmedizin der Universitätsmedizin Greifswald in den Jahren 2018-2021 zum Thema „Ärztliche Leichenschau“ durchgeführt wurden. Außerdem wurden im Zeitraum von 2019-2021 die dokumentierten Anrufe von leichen-schauenden Ärzten auf dem Diensttelefon der Rechtsmedizin mit Nachfragen zur ärztlichen Leichen-schau dokumentiert und retrospektiv ausgewertet.
Festzustellen war, dass im untersuchten Zeitraum zunächst ein Rückgang der angehaltenen Fälle bei der zweiten Leichenschau vor Feuerbestattung zu verzeichnen war mit einem erneuten Anstieg 2021 sogar über das Ausgangsniveau hinaus. Nummerisch wurden die meisten Fehler durch im Krankenhaus tätige Ärzte gemacht. In den einzelnen Fehlerkategorien konnte kein eindeutiger rückläufiger Trend fest-gestellt werden, bzw. zumeist zeigte sich ein erneuter Anstieg der Zahlen im Jahr 2021. Bei den Versuchen die angehaltenen Fälle telefonisch zu klären, konnten 40 % der Fälle nach einem Telefonanruf direkt wieder durch die Rechtsmedizin freigegeben werden. Bei den gerichtlich angeordneten Sektionen zeigte sich prozentual eine deutliche Zunahme im Vergleich zu den bei der Polizei angezeigten Fällen. Die meisten Fälle (55 %), die einer gerichtlichen Obduktion zugeführt wurden, waren bei der zweiten Leichenschau vor Feuerbestattung wegen Petechien angehalten worden. Bei den amtsärztlich kontrollierten Todesbescheinigungen des Landkreises Vorpommern-Greifswald lagen die Fehlerquoten zwischen 8,31 % und 12,72 %. Dabei entfielen auf die Kategorien der formalen Fehler bis zu 60 % der zu beanstandenden Todesbescheinigungen, wobei hier zumeist „Kodierung fehlend“ (44 %) und „Sterbezeitpunkt fehlend“
(33 %) auffielen. In der Kategorie der Diagnosefehler entfielen 33 % der fehlerhaften Todesbescheinigungen auf „keine kausale Verknüpfung“. In der Kategorie „Sterbezeitpunkt fehlend“ war über den unter-suchten Zeitraum ein statistisch signifikanter Rückgang zu verzeichnen. Bei den Diagnosefehlern waren statistisch signifikante Rückgänge in den Kategorien „keine Diagnose angegeben“ und „nur Endzustand angegeben“ feststellbar. Die Anzahl der telefonischen Nachfragen von Ärzten zur Leichenschau auf dem Diensttelefon stieg im untersuchten Zeitraum stetig an. Ein deutlicher Rückgang war im Bereich der Fortbildungstätigkeiten zum Thema „Ärztliche Leichenschau“ zu verzeichnen, da durch die SARS-CoV-2-Pandemie die Fortbildungen abgesagt werden mussten.
Die Qualität der ärztlichen Leichenschau war vergleichbar mit anderen Studien. Ganz entscheidend für die Qualität scheint neben der studentischen Lehre, wiederkehrende Fortbildungsmaßnahmen zu sein. Dies deckt sich mit dem deutlichen Rückgang der Schulungsmaßnahmen im Jahr 2020 und 2021 und dem deutlichen Anstieg an angehaltenen Fälle in den Krematorien im Jahr 2021 und der Zunahme der fehlerhaften Todesbescheinigungen. Es sollte über verpflichtende Schulungen zum Thema „Ärztlichen Leichenschau“ und die Vorstellung des bundeslandspezifischen BestattGes und der Todesbescheinigung bei Aufnahme der ärztlichen Tätigkeit in einem anderen Bundesland nachgedacht werden.
In M-V wäre zudem eine Anpassung der Todesbescheinigungen, bezüglich der Möglichkeit eine natürliche Todesart zu deklarieren hilfreich, die Möglichkeit eine Todesbescheinigung als „vorläufig“ zu markieren sollte geschaffen werden.
Gerade auch bei den Todesbescheinigungen scheint es trotz vorgegebener Kriterien, gerade bei den Diagnosefehlern, einen größeren Ermessensspielraum zu geben, so dass einzelnen Studienergebnisse nicht unmittelbar miteinander vergleichbar scheinen. Trotz des hohen zeitlichen Aufwandes der telefonischen Kontaktaufnahmen bei Anhaltungen im Krematorium und den schriftlichen Korrekturvorschlägen bei fehlerhaft ausgestellten Todesbescheinigungen ist unsererseits die enge Zusammenarbeit mit den klinischen Fachrichtungen wichtig und erfolgsversprechend.
Das Krankheitsbild des Hydrozephalus stellt mit seiner komplexen Pathophysiologie eine Herausforderung in der Neurochirurgie dar. Die Folgen dieser Erkrankung können von leichten Beschwerden, über schwere demenzielle Symptome bis hin zum vorzeitigen Tod reichen. [7] Durch eine frühzeitige Behandlung können dessen Symptome und das Risiko für krankheits-bedingte Komplikationen reduziert werden. Als Therapieformen stehen verschiedene Shuntsysteme und die endoskopische Drittventrikulostomie (ETV) zur Verfügung, wobei sich letztere insbesondere bei obstruktivem Hydrozephalus als bevorzugte Therapieoption etablierte [14, 68, 92, 107]. In der bisherigen Literatur wurden die Erfolgsraten bei einem kommunizierenden Hydrozephalus zwischen 21 % und 75 % angegeben [14, 43, 54, 58-61, 64]. Zudem können bei bestimmter Indikation mehrere ETV durchgeführt werden. Bislang wurden diese sogenannten Rezidiv-ETV in 15 Studien analysiert, wobei die Erfolgsrate zwischen 37,1 % und 100% lag [25, 33, 34, 53, 55, 73-82].
Ziel dieser Arbeit war es die Effektivität und Sinnhaftigkeit einer ETV bei kommunizierendem Hydrozephalus und einer Rezidiv-ETV zu überprüfen und im Hinblick auf Alternativtherapien kritisch zu analysieren sowie mögliche Prädiktoren für einen Erfolg statistisch auszuwerten.
Für die vorliegende Dissertation wurden Daten von 378 Patienten mit insgesamt 408 ETV über einen Langzeitverlauf von 294 Monaten ausgewertet, von denen jeweils 29 Patienten eine ETV bei kommunizierendem Hydrozephalus oder mindestens eine Rezidiv-ETV erhielten. Dabei konnten keine Erfolge bei kommunizierendem Hydrocephalus verzeichnet werden, weshalb dieser keine geeignete ETV-Indikation darstellt und somit zukünftig eine Shunt-Implantation sinnhafter ist. Die Gesamterfolgsrate bei Patienten mit Rezidiv-ETV betrug 31%. In der statistischen Analyse fiel auf, dass tendenziell mehr pädiatrische Patienten in der Misserfolgsgruppe der Rezidiv-ETV vorkamen und die Erfolgsgruppe ausschließlich aus männlichen Patienten bestand. Trotzdessen zeigte sich kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Patienten mit Erfolg und Misserfolg der Rezidiv-ETV in Bezug auf Ätiologie, den Misserfolgsgrund der initialen ETV und das Lebensalter. Die statistische Signifikanz hinsichtlich des Geschlechtes sollte kritisch hinterfragt werden. Eine VP-Shunt-Implantation vor initialer ETV zeigte eine leichte, jedoch nicht signifikante, Reduktion der Erfolgsrate einer Rezidiv-ETV. Der umfangreiche Langzeitverlaufs dieser Arbeit erlaubte einen Vergleich zwischen frühem und spätem Versagen einer Rezidiv-ETV, wobei die Erfolgsrate bei frühen Rezidiv-ETV tendenziell geringer, jedoch ohne statistische Signifikanz, ausfiel.
Age is the single biggest risk factor for most major human diseases. As such, understanding the intricate molecular changes that drive biological aging holds great promise in attempting to slow
the onset of systemic diseases and thereby increase the effective health-span in modern societies.
This thesis explores several computational approaches to capture and analyze the molecular biological alterations triggered by intrinsic and extrinsic aging using skin as a model tissue to deliver genes and pathways as potential targets for intervention strategies.
Publication 1 demonstrates the utility of multi-omics data integration strategies for aging research, leading to the identification of four latent aging phases in skin tissue through an integrated cluster analysis of gene expression and DNA methylation data. The four phases improved the detection of molecular aging signals and were shown to be associated with sunbathing habits of the test subjects. Deeper analysis revealed extensive non-linear alterations in various biological pathways particularly at the transition into the fourth aging phase, coinciding with menopause, with potentially wide-reaching functional implications. Publication 2 describes the development of a novel type of age clock, that provides a new level of interpretability by embedding biological pathway information in the architecture of an artificial neural network. The clock not only generates meaningful biological age estimates from gene expression data, but further allows simultaneous monitoring of the aging states of various biological processes through the activations of intermediate neurons. Analyses of the inner workings of the clock revealed a wide-spread impact of aging on the global pathway landscape. Simulation experiments using the transcriptomic clock recapitulated known functional aging gene associations and allowed deciphering of the pathways by which accelerated aging conditions such as chronic sun exposure and Hutchinson-Gilford progeria syndrome exert their effects. Publication 3 further explores the molecular alterations caused by the pro-aging effector UV irradiation in the skin. The multi-omics data analysis of repetitively irradiated skin revealed signs of the immediate acquisition of aging- and cancer-related epigenetic signatures and concurrent wide-spread transcriptional changes across various biological processes. Investigations into the varying resilience to irradiation between subjects revealed prognostic biomarker signatures capable of predicting individual UV tolerances, with accuracies far surpassing the traditional Fitzpatrick classification scheme. Further analysis of the transcripts and pathways associated with UV tolerance identified a form of melanin-independent DNA damage protection in individuals with higher innate UV resilience.
Together, the approaches and findings described in this thesis explore several new angles to advance our understanding of aging processes and external drivers of aging such as UV irradiation in the human skin and deliver new insight on target genes and pathways involved.
Der Blepharospasmus ist eine Erkrankung, bei der es zu häufig wiederkehrenden Kontraktionen der Lidmuskulatur beider Augen kommt und gehört zu den fokalen Dystonien. Die Pathophysiologie dieser Bewegungsstörung ist noch nicht vollständig geklärt. Die Ursachenforschung und damit ein besseres Verständnis des Blepharospasmus ist wichtig, da der Blepharospasmus für die Patienten sehr behindernd sein kann. Die bisherigen Therapien des Blepharospasmus sind sicher, aber aktuell lediglich symptomorientiert. Auch deshalb sind Untersuchungen zur Pathophysiologie des Blepharospasmus sinnvoll. Derzeitige Vorstellungen zur Pathophysiologie des Blepharospasmus legen nahe, dass Veränderungen in einem Netzwerk vorliegen, welches aus den Basalganglien, dem Kleinhirn, dem Thalamus und dem sensomotorischen Kortex besteht. Zudem sind wahrscheinlich andere Strukturen wie die peripheren Schmerzrezeptoren und der visuelle Kortex beim Blepharospasmus betroffen. Während die Basalganglien, das Kleinhirn, der Thalamus und den sensomotorischen Kortex vorrangig für die Verarbeitung der sensorischen und motorischen Informationen verantwortlich sind, deuten mehrere Hinweise darauf hin, dass diese Strukturen auch bei der Verarbeitung von Informationen im Zusammenhang mit dem Riechen und dem Schmecken von Bedeutung sind. Basierend auf diesen Überschneidungen der beteiligten neuroanatomischen Strukturen stellt sich die Frage, ob Veränderungen des Riech- und Schmeckvermögens bei Patienten mit Blepharospasmus gefunden werden. Ferner wurde im Rahmen dieser Studie der Frage nachgegangen, ob die Behandlung mit Botulinumtoxin eine Auswirkung auf das Riechen und Schmecken bei Patienten mit Blepharospasmus hat.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden 19 Patienten mit einem Blepharospasmus (Alter 66.6 ± 8.7 Jahren, 14 Frauen und 5 Männer) und 15 gesunde Kontrollpersonen (Alter 65.9 ± 8.4 Jahren, 9 Frauen und 6 Männer) untersucht. Davon wurden zehn Patienten mit und ohne die Wirkung vom Botulinumtoxin untersucht und dazu passend zehn Kontrollpersonen im Abstand von vier Wochen zweimal untersucht. Die Erfassung der Riechschwelle, Geruchsidentifikation und -diskrimination fand mit den Sniffin‘ Sticks statt. Zudem wurden die Taste Strips verwendet, um den Geschmackssinn der Probanden zu bewerten. Des Weiteren wurden kognitive Funktionen und psychiatrische Veränderungen als bekannte Komorbiditäten des Blepharospasmus erfasst und mit den Ergebnissen beim Riechen und Schmecken korreliert.
Patienten mit einem Blepharospasmus hatten eine signifikant geringere Riechschwelle als die Kontrollpersonen. Ferner war der Anteil der Patienten, die eine Hyposmie aufwiesen, höher als bei den Kontrollpersonen. Die motorischen, die nicht-motorischen sowie die psychiatrischen Symptome korrelierten nicht mit den Defiziten bei der Riechschwelle. Es fand sich keine Schmeckstörungen und auch die Geruchsdiskriminierung sowie die Geruchsidentifikation waren bei den Patienten mit Blepharospasmus unauffällig. Auch fand sich kein wesentlicher Unterschied beim Riechen oder Schecken bei der Behandlung der Patienten mit Botulinumtoxin.
Die gefundenen Riechstörung sind weniger ausgeprägt als bei der zervikalen Dystonie, können aber zum besseren Verständnis der Erkrankung des Blepharospasmus beitragen. Vergleichend mit Befunden von Läsionsstudien deuten die Ergebnisse darauf hin, dass der Thalamus und das Kleinhirn eventuell in der Pathophysiologie des Blepharospasmus beteiligt sein könnten. Eine genaue Benennung der Ursachenlokalisation ist schwierig, da es sich beim Blepharospasmus wahrscheinlich um eine Netzwerkerkrankung handelt und somit verschiedene Strukturen betroffen sein können. Die Behandlung der Patienten mit Blepharospasmus mit Botulinumtoxin beeinflusst wahrscheinlich nicht das Riechen und Schmecken und ist damit auch aus dieser Sicht als eine eher sichere Behandlungsmöglichkeit anzusehen. Weitere Untersuchungen auf diesem Gebiet, zum Beispiel mittels neurophysiologischer Untersuchungsverfahren zum Riechen und Schmecken oder bildgebenden Untersuchungsverfahren, sind mit Spannung zu erwarten.
Auswirkungen der Körperposition auf die Magenentleerung und Pharmakokinetik von oralen Arzneiformen
(2023)
Kenntnisse über die Physiologie des humanen GITs und dessen Einfluss auf orale Arzneiformen sind essenziell für die Sicherheit der Pharmakotherapie. Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss unterschiedlicher Körperpositionen auf das Anfluten von Koffein als Modell für eine Substanz der BCS Klasse I bei der Einnahme als Tablette und Kapsel sowie die Magenentleerung des mitgetrunkenen Wassers zu untersuchen und untereinander zu vergleichen. Die Erhebung der Daten erfolgte durch Speichelproben von 12 gesunden Probanden nach Einnahme von jeweils 240 mL Wasser zusammen mit einer Koffein enthaltenden Eiskapsel als Markierung für das Wasser, sowie je einer ebenfalls Koffein enthaltenden Hartkapsel und einer Tablette in aufrechter Körperposition, Rückenlage, Rechts- und Linksseitenlage im Crossover-Design. Zur Unterscheidung wurde für die Eiskapsel 13C3-isotopenmarkiertes Koffein, für die Kapsel 13C1-isotopenmarkiertes Koffein und für die Tablette natürliches (12C) Koffein verwendet.
Die Magenentleerung von Wasser im nüchternen Zustand ist abhängig von dem hydrostatischen Druck, der auf den Pylorus drückenden Wassersäule. Abhängig von der Körperposition wird demnach unterschiedlich viel zusätzliche mechanische Arbeit des Magens benötigt, um das Wasser gegen die Schwerkraft zu transportieren. Da diese Arbeit in allen Positionen in Abhängigkeit des MMC ohnehin durch aktive Kontraktionen und Motilität aufgebracht wird, ist bei zusätzlich vorliegendem hydrostatischen Druck die Wasserentleerung schneller. Die Magenentleerung von Wasser ähnelt sich in aufrechter Körperposition und Rechtsseitenlage, da in diesen Körperpositionen keine zusätzliche mechanische Arbeit benötigt wird, um das Wasser gegen die Schwerkraft zu transportieren. Im Gegensatz dazu entleert der Magen in Rückenlage und in Linksseitenlage langsamer Wasser, da in diesen Körperpositionen das Wasser gegen die Schwerkraft aus dem Pylorus herausgedrückt werden muss. So war in Linksseitenlage statistisch signifikant die AUC0-61 um 25% und die Cmax um 18% kleiner als in aufrechter Körperposition. Auch in Rückenlage war die AUC0-61 und die Cmax im Trend kleiner als in aufrechter Körperposition. Das durchschnittliche tmax wurde in Rückenlage und Linksseitenlage im Trend erst später erreicht.
Die Ergebnisse der Tablette und Kapsel spiegelten größtenteils die Ergebnisse der Wasserentleerung wider, wodurch die enorme Bedeutung der Magenentleerung als geschwindigkeitsbestimmender Schritt der Pharmakokinetik verschiedener schnell zerfallender Darreichungsformen abermals belegt wurde. Die durchschnittliche AUC0-61 in Linksseitenlage war um 33% und statistisch signifikant kleiner als in aufrechter Körperposition. Auch die AUC0-61 in Rechtsseitenlage war signifikant größer als in Linksseitenlage. Im Trend wurde das durchschnittliche tmax nach Einnahme der Hartkapsel in Linksseitenlage erst später erreicht und das durchschnittliche Cmax war kleiner. Im Trend flutete die Hartkapsel in Rückenlage langsamer an als in aufrechter Körperposition und Rechtsseitenlage und schneller als in Linksseitenlage.
Die Tablette flutete, im Gegensatz zur Magenentleerung von Wasser, im Trend geringgradig schneller in Rechtsseitenlage an als in aufrechter Körperposition. Der Grund für diese besonders schnelle Wirkstoffanflutung in Rechtsseitenlage war vermutlich, dass die Tablette direkt ins Antrum fiel, aufgrund der Motilität dort schneller desintegrierte oder sogar in den Dünndarm entleert wurde, was wiederum zu noch steileren Profilen führte. Statistisch war die durchschnittliche AUC0-61 dementsprechend in Rechtsseitenlage signifikant größer als in Rücken- und Linksseitenlage. Auch die maximal erreichte Konzentration (Cmax) war statistisch signifikant höher in Rechtsseitenlage als in Linksseitenlage. Die AUC0-61 in Linksseitenlage war ebenfalls statistisch signifikant um durchschnittlich 41% kleiner als in aufrechter Körperposition. Das durchschnittliche tmax wurde in Rücken- und Linksseitenlage im Trend später erreicht als in aufrechter Körperposition und Rechtsseitenlage.
Die Daten der Studie zeigten, dass auch die Lag time von Darreichungsformen körperpositionsabhängig waren. Statistisch war die durchschnittliche Lag time nach Einnahme der Tablette in Rechtsseitenlage signifikant kürzer als in Linksseitenlage.
Die Daten zeigten außerdem, dass die Körperposition vor allem für Darreichungsformen mit langer Desintegrationszeit einen wichtigen Einflussfaktor auf das Anflutungsverhalten hatte, da zum Zeitpunkt des Starts der Desintegration bereits vermehrt Wasser aus dem Magen entleert wurde. Besonders bei schlechter löslichen Arzneistoffen könnte demnach der Einfluss der Körperposition noch deutlich gravierender ausfallen. Die Daten zeigten dennoch, dass auch gut lösliche Arzneistoffe teilweise über Stunden im Magen verweilen und zu Doppelpeaks führen können.
Für biopharmazeutische Modellierungen, wie beispielsweise PBPK Modelle, ist der Unterschied zwischen der Magenentleerung in aufrechten Körperposition und in Rückenlage besonders von Bedeutung, da die Modelle häufig auf MRT Daten basieren, welche in Rückenlage akquiriert werden. Die durchschnittliche AUC0-61 nach Einnahme der Hartkapsel war in aufrechter Körperposition um 24% größer als in Rückenlage. Die durchschnittliche AUC0-61 nach Einnahme der Tablette war in aufrechter Körperposition um 52% größer als in Rückenlage. Da die im Rahmen dieser Arbeit gemessenen Unterschiede den potenziell enormen Einfluss der Körperposition für Modellierungen bei der Arzneimittelentwicklung sowie für die klinische Praxis mit liegenden Patienten unterstreichen, ist eine weitere Abklärung des Einflusses der Körperposition unter anderem auch im postprandialen Zustand empfehlenswert.
Die Praxis der Transfusion von Blutprodukten bei septischen Patienten – eine Observationsstudie
(2023)
Die Sepsis ist noch immer ein weit verbreitetes und gefürchtetes Krankheitsbild und kann prinzipiell jeden Menschen betreffen. Die Ausprägung und der Verlauf der Erkrankung können je nach Individuum, Vorerkrankungen und Erregern sehr unterschiedlich sein und bedürfen daher eines komplexen Zusammenspiels unterschiedlicher Therapiesäulen. Eine der Therapiemaßnahmen ist die Verabreichung von Blutprodukten. Diesbezüglich hat die Surviving Sepsis Campaign (SSC) Empfehlungen herausgegeben, deren Umsetzung in der klinischen Praxis bisher noch nicht ausreichend untersucht wurde.
Primäres Ziel der hier diskutierten Observationsstudie war daher die retrospektive Analyse der klinischen Praxis des Transfusionsmanagements bei Patienten mit schwerer Sepsis oder septischem Schock, die an der Universitätsmedizin Greifswald in den Jahren 2010-2013 auf einer Intensivstation behandelt wurden. Dabei stand die Untersuchung der Verabreichung von Erythrozytenkonzentraten im Vordergrund, jedoch wurden auch die Gaben von Fresh Frozen Plasma und Thrombozytenkonzentraten analysiert. Von den Patienten wurden neben allgemeinen Daten auch jede Transfusion von Blutprodukten während des aktuellen Krankenhausaufenthaltes vor Sepsisbeginn und bis 28 Tage nach Sepsisbeginn einschließlich der jeweiligen Transfusionstrigger erfasst und ausgewertet.
Von den 614 eingeschlossenen Patienten erhielten 79,8 % ein Blutprodukt. Der mittlere Hb-Wert (Hämoglobinwert), der als Transfusionstrigger zu der Verabreichung eines Erythrozytenkonzentrats führte, war 5,1 mmol/l. Die Daten bzgl. der Sterblichkeit der Patienten zeigten sich widersprüchlich, sodass anhand dieser Arbeit keine Aussage zu Ursache und Wirkung der Transfusion von Blutprodukten bei septischen Patienten möglich ist. Es konnte lediglich festgestellt werden, dass in dem Zeitraum 2010-2013 an der Universitätsmedizin Greifswald in der Praxis ein höherer Transfusionstrigger genutzt wurde als in der Leitlinie der SSC empfohlen (4,4 mmol/l). Dabei fanden allerdings weitere Einflussfaktoren, die zu einer Transfusion führen können, wie z. B. der klinische Zustand des Patienten, Einsatz von Vasopressoren oder auch geplante operative Eingriffe keine Berücksichtigung.
Um die aktuelle Empfehlung der SSC von 2021 für ein restriktives Transfusionsmanagement zu stützen, sind weitere multizentrische und randomisierte Studien notwendig, die u. a. auch weitere Einflussfaktoren für eine Transfusion außer dem Hb-Wert untersuchen.
Das kolorektale Karzinom stellt mit ca. 63.000 Neuerkrankungen pro Jahr die zweithäufigste Tumorerkrankung in Deutschland dar.1 Weltweit wird bis 2030 mit einem Anstieg der Inzidenz und Mortalität um 60 % gerechnet..264 Dabei steigt die Zahl der Kolonkarzinome in Schwellenländern bereits deutlich an und betrifft immer jüngere Menschen.2 Aufgrund dieser gesundheitlichen Herausforderungen ist die Entwicklung neuer Therapieverfahren von besonderem Interesse. Mit der Entdeckung einer möglichen Beteiligung von Gerinnungsproteasen an der Progression verschiedener Karzinome, darunter auch kolorektaler Erkrankungen, wurde ein neuer therapeutischer Angriffspunkt geschaffen, der im Rahmen der vorliegenden Dissertation untersucht werden sollte. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Wirkung des aktivierten Gerinnungsfaktors FXa und der PAR2-Aktivierung auf das Kolonkarzinom in vitro und in vivo.
In vitro wurden drei verschiedene Kolonkarzinomzelllinien (murine MC38 Zellen, humane HCT116 Zellen und humane CaCo2 Zellen) vergleichend auf den Einfluss von FXa untersucht. Es konnte beobachtet werden, dass die Proliferation und Migration von MC38 Zellen durch FXa, nicht aber durch Thrombin signifikant erhöht wird. Der gleiche Effekt wird im Wound Scratch Assay nach selektiver PAR2-Aktivierung (Protease Activated Receptor 2) beobachtet, was auf einen PAR2-gesteuerten Migrationseffekt in MC38 Zellen hindeutet, da FXa seine zellulären Effekte über PAR2 vermitteln kann. Darüber hinaus kann eine Beteiligung des EGFR an dieser FXa-induzierten Migration bestätigt werden. Im Western Blot zeigt sich eine verstärkte Aktivierung der Signalmoleküle p38 MAPK, p44/42 MAPK und AKT nach FXa-Stimulation als mögliche Ursache der migratorischen und proliferativen Effekte des Gerinnungsfaktors. Der Einsatz des EGFR-Inhibitors Erlotinib zeigte eine Beteiligung des EGFR an der Aktivierung von p38 MAPK und AKT in MC38 Zellen. Die Stimulation von Kolonkarzinomzellen der Maus mit FXa führt zudem zu einer signifikant erhöhten Expression von PAR2.
Die aktivierten Gerinnungsfaktoren FXa und Thrombin haben dagegen keinen Einfluss auf die Proliferationsrate von humanen HCT116 und CaCo2 Zellen in vitro. Während die Motilität von CaCo2-Zellen durch FXa und Thrombin reduziert wird, erhöhen diese die Migrationsfähigkeit von HCT116-Zellen signifikant. Die selektive PAR2-Aktivierung führt ebenso wie FXa zu einer reduzierten Motilität der CaCo2-Zellen. Dies deutet auf einen PAR2-vermittelten Effekt hin. In HCT116 Zellen löst sowohl eine PAR1- als auch eine PAR2-Aktivierung eine signifikant erhöhte Zellmigration aus. Das zugrundeliegende promigratorische Signal nach FXa-Stimulation konnte mittels Western Blot in der gesteigerten Phosphorylierung von p38 MAPK und p44/42 MAPK in CaCo2 Zellen gefunden werden. In HCT116 Zellen hatte FXa keinen Einfluss auf die Aktivierung dieser Signalmoleküle.
In vivo wurde erfolgreich ein Tiermodell für die subkutane Injektion von murinen Kolonkarzinomzellen etabliert. Dabei werden eine Million MC38 Zellen in die Flanke von C57Bl/6J Wildtyp und PAR2-KO Mäusen mit C57Bl/6J Hintergrund injiziert und das Tumorwachstum über 21 Tage beobachtet. Die Ergebnisse zeigen einen entscheidenden Einfluss von PAR2 auf die Tumorentstehung. PAR2-KO Mäuse weisen nach 21 Tagen signifikant kleinere Tumore auf als ihre Wildtyp Artgenossen. PAR2-KO Tiere müssen zudem seltener aufgrund ihres Gesundheitszustandes vorzeitig aus dem Versuch genommen werden. Auffällig ist auch das größere Milzgewicht im Verhältnis zum Körpergewicht bei PAR2-KO Tieren, was auf gesteigerte Inflammationsreaktionen hindeuten könnte. Der Einsatz eines direkten FXa-Hemmers (Apixaban) in klinisch relevanten Dosierungen hat in vivo keinen signifikanten Einfluss auf die Progression des Kolonkarzinoms.
Die in dieser Arbeit generierten Daten belegen vor allem die Bedeutung von PAR2 für die Progression des Kolonkarzinoms: In vitro können zum Teil starke, aber sehr unterschiedliche Effekte des aktivierten Gerinnungsfaktors FXa bzw. des aktivierten PAR2 auf kolorektale Karzinomzellen beobachtet werden. In vivo hingegen zeigt sich, dass weniger FXa als vielmehr die Aktivierung von PAR2 direkt an der Progression des kolorektalen Karzinoms beteiligt ist. Durch molekularbiologische Untersuchungen mittels PCR konnte zudem eine Beteiligung des S1P-Signalweges nachgewiesen werden.
Bereits seit dem Ende des 20. Jahrhunderts ist bekannt, dass PAR1 in verschiedenen Krebsarten überexprimiert wird und direkt mit der Malignität von Tumorerkrankungen assoziiert werden kann. Auch eine steigende PAR2-Expression kann mit einem schlechteren Outcome bei Patienten mit Magen- oder Prostatakrebs in Verbindung gebracht werden.186 In der vorliegenden Arbeit konnte der Zusammenhang zwischen PAR2-Signaling und einer schlechteren Prognose im Darmkrebs-Tiermodell bestätigt werden. Die Expression des Rezeptors im Endothel oder im Gastrointestinaltrakt, in direkter Umgebung des Tumors, kann einen starken Einfluss auf das Tumorgeschehen ausüben. Die Inhibition von PAR2 oder des nachgeschalteten PAR2-Signalings könnte daher einen vielversprechenden neuen Therapieansatz beim kolorektalen Karzinom darstellen.
The effect of interdental cleaning on progression of caries, periodontitis and tooth loss is a highly discussed topic in dental research since these conditions are among the most common infectious diseases of mankind. Caries is a multifactorial disease defined by a demineralization process of the dental hard tissue, caused by bacteria, which, if untreated ultimately results in tooth decay and tooth loss. A study published in 2015 confirmed that untreated caries in permanent teeth is still the most prevalent condition worldwide. Gingivitis, an acute inflammation of the gingival tissue, caused by substances deduced from the microbial plaque can develop into the clinical picture of an acute periodontitis. Severe periodontitis is still the sixth-most prevalent condition globally with a prevalence of 11.2% between 1990-2010. Progression of periodontitis leads to bone loss which as well ultimately results in tooth loss, if left untreated. In our study we want to examine the use of IDA in relation to caries and periodontal diseases, thus tooth retention to gain more detailed and long-term results about the effect of IDA and therefore prevent, counteract and understand these oral diseases better.
Using data from SHIP-TREND, a population-based observational cohort study conducted in Western Pomerania (Germany), we examined effects of daily usage of interdental cleaning aids on follow-up (SHIP-TREND-1) values of oral outcomes comprising caries (DFS, interdental DFS, non-interdental-DFS), gingivitis (plaque, BOP), chronic periodontitis (mean PD, mean interdental PD, mean non-interdental PD, mean CAL, mean interdental CAL, mean non-interdental CAL, CDC/APP case definition) and tooth loss (number of missing teeth) using comprehensively adjusted linear and ordinal logistic regression models. In total, data from over 2,000 participants with a follow-up time of approximately seven years were utilized. Based on interviews, participants were asked about their habit and the regularity of using interdental aids as a cleaning aid at home. Furthermore, the type of IDA was then analyzed and differentiated into groups of IDA non-users, wooden stick users, floss users and interdental brush users.
Regular interdental aids usage was associated with reduced levels of periodontitis severity (mean PD and mean CAL) and gingivitis variables (plaque and BOP). The beneficial effect was more pronounced in participants using dental floss or interdental brushes regularly. After seven years of follow-up, odds of having higher mean PD levels were halved (Odds Ratio 0.49; 95% confidence interval (CI) 0.35;0.66) comparing dental floss users with non-users. Respective ORs were 0.61 (95%CI 0.45;0.83) for mean CAL, 0.52 (95%CI 0.36;0.77) for BOP and 0.36 (95%CI 0.24;0.54) for plaque. Similarly, ORs for interdental brush users were 0.75 (95%CI 0.55;1.02) for mean PD, 0.64 (95%CI 0.41;0.97) for BOP and 0.55 (95%CI 0.39;0.77) for plaque, compared to non-users. For wooden sticks non-significant associations were found, which does not allow any statement to be made regarding possible effects on oral health. Caries variables (DF-S) and the number of missing teeth were non-significantly associated with interdental aids usage.
In conclusion, results suggest that interdental cleaning aids usage may contribute to healthier gums and reduced inflammation, if combined with daily toothbrushing and regular dental checkups. Specifically, dental flossing and interdental brushing might notably reduce gingival inflammation and therefore prevent chronic periodontitis. These findings contribute to a more distinct picture of how IDA might help to prevent oral diseases and must be properly integrated into our daily oral hygiene program.
Die Sepsis ist nach wie vor eine Erkrankung mit hoher Sterblichkeit. Der Schlüssel zur erfolgreichen Sepsistherapie ist eine schnelle Diagnostik. Die Blutkulturabnahme ist ein etabliertes Goldstandardverfahren in der Sepsisdiagnostik, jedoch sind die Positivitätsraten gering und die Diagnostik ist zeitaufwändig. Es gibt vereinzelt Studien, die darauf hindeuten, dass eine Prädiktion von Blutkulturergebnissen bei Notaufnahmepatienten möglich ist. Ziel dieser Dissertation ist es, zu untersuchen, ob Blutkulturergebnisse auch bei Intensivpatienten durch das PCT prädizierbar sind. Im Rahmen der prospektiven klinischen Beobachtungsstudie (BEMIDIA) wurden im Zeitraum von November 2016 bis Dezember 2017 zeitgleich Blutkulturen und EDTA- Röhrchen zur PCT-Bestimmung bei 488 Intensivpatienten mit dem Verdacht auf eine Infektion abgenommen und ausgewertet. Zwar zeigen sich zwischen positiven und negativen Blutkulturen signifikant unterschiedliche PCT-Werte (p = 0,004), jedoch ist eine Prädiktion von Blutkulturergebnissen durch das Procalcitonin bei einer AUC von 0,588 (p < 0,007) mit Cut-off von 2,72 μg/l mit einer Sensitivität von 41,00 % und einer Spezifität von 74,5 % nicht möglich. Die PCT-Werte von gramnegativen Bakterien und grampositiven Bakterien unterschieden sich ebenfalls signifikant (p < 0,000). Mit einer AUC von 0,768 (p < 0,001) mit einem optimalen Cut-off bei 2,04 μg/l mit einer Sensitivität von 75,9 % und einer Spezifität von 71,0 % scheint eine Prädiktion von Blutkulturergebnissen bei gramnegativen Bakterien hingegen möglich zu sein. Auch für die Fokusse ‚Abdomen‘ und ‚Urosepsis‘ scheint eine Prädiktion durch PCT möglich zu sein. Für die Sepsis mit dem Fokus ‚Abdomen‘ ergab sich eine AUC von 0,744 mit einem optimalen Cut-off von 0,71 μg/l mit einer Sensitivität von 77,7 % und einer Spezifität von 61,6 %. Für die Urosepsis ergab sich eine AUC von 0,732 mit einem optimalen Cut-off von 1,38 μg/l mit einer Sensitivität von 76,2 % und einer Spezifität von 63,0 %. Die Procalcitonin-Werte von Patienten mit schwerer Sepsis und im septischen Schock unterschieden sich signifikant (p > 0,000) von den Werten der Patienten ohne Erfüllung der Sepsiskriterien. Eine Sepsis, eine schwere Sepsis oder ein septischer Schock sind durch das PCT mit einer AUC von 0,800 (p < 0,000) und mit einem optimalen Cut-off von 0,38 μg/l mit einer Sensitivität von 82,3 % und einer Spezifität von 66,3 % prädizierbar. Die niedrigsten PCT-Werte wurden durch Kontaminationserreger wie Propionibakterien und Koagulase-negative Staphylokokken erreicht. Diese Werte lagen unterhalb des Medians negativer Blutkulturen. Jedoch ließ sich in unserer Studie keine Prädiktion durch das PCT feststellen, um eine mögliche Kontamination von richtig positiven Blutkulturen zu unterscheiden. Für Kontaminationserreger ergab sich eine AUC von 0,629 (p = 0,285) mit einem optimalen Cut-off von 0,17 μg/l mit einer Sensitivität von 72,7 % und einer Spezifität von 66,7 %.
Im Vergleich zu Notaufnahmepatienten zeigen unsere Ergebnisse, dass bei Intensivpatienten eine Prädiktion von Blutkulturen durch das PCT, bis auf einzelne Subgruppen wie ‚Fokus‘ und ‚Bakterienart‘, nicht möglich ist. Eine Prädiktion einer Sepsis hingegen scheint möglich zu sein. Insbesondere die Prädizierbarkeit einer Kontamination scheint von großem Interesse zu sein. Um eine endgültige Aussage zu treffen, sind jedoch größere, multizentrische, kontrollierte, randomisierte klinische Studien notwendig.
Die Hospiz- und Palliativversorgung hat zum Ziel die Lebensqualität von Patient*innen mit einer unheilbaren Erkrankung zu erhalten und zu fördern. Jeder schwerkranke Mensch, der durch eine unheilbare Erkrankung eine Lebenserwartung von wenigen Tagen, Wochen oder Monaten hat, soll Zugang zur Hospiz- und Palliativversorgung erhalten. Im Rahmen der Hospiz- und Palliativversorgung werden neben der pflegerischen und medizinischen Ebene, Betroffene und deren Angehörige auf psychischer und spiritueller Ebene begleitet. Dies setzt eine gute interdisziplinäre und sektorübergreifende Zusammenarbeit voraus. Ziel der vorliegenden kumulativen Dissertation ist die Erstellung einer versorgungsepidemiologischen Analyse der Hospiz- und Palliativversorgung in Mecklenburg-Vorpommern auf Basis von Interviews, einer standardisierten schriftlichen Befragung und einer Analyse von Krankenkassendaten. Spezielles Augenmerk hat die Identifizierung von Problemen sowie Brüchen in der Kontinuität der Hospiz- und Palliativversorgung.
Die Dissertation besteht aus zwei Publikationen zur Hospiz- und Palliativversorgung in Mecklenburg-Vorpommern. In der ersten Publikation wurden mögliche Problembereiche und Barrieren in der Palliativ- und Hospizversorgung in Mecklenburg-Vorpommern anhand von qualitativen Interviews und einer darauf aufbauenden schriftlichen Befragung mit Leistungserbringer*innen der allgemeinen und spezialisierten Palliativversorgung und der Hospizversorgung ermittelt (im weiteren Verlauf der Dissertation „Befragungsstudie“ genannt). In der zweiten Publikation wurde die Kontinuität der Palliativ- und Hospizversorgung auf der Basis von Abrechnungsdaten der Krankenkasse AOK-Nordost untersucht (im weiteren Verlauf der Dissertation „Kontinuitätsstudie“ genannt).
Wichtigste Ergebnisse der qualitativen Interviews und der Befragungsstudie sind eine teilweise unzureichende Zusammenarbeit zwischen dem ambulanten und stationären Sektor sowie zwischen der allgemeinen und der spezialisierten Palliativ- und Hospizversorgung. Insbesondere die Zusammenarbeit der Hausärzt*innen mit spezialisierten palliativmedizinischen Leistungserbringer*innen wurde weniger gut bewertet. Die Bewertungen der Zusammenarbeit der einzelnen Leistungserbringer*innen deutet drauf hin, dass die Kooperation der Versorgung einer besseren Koordination bedarf. Dieses Ergebnis wurde anhand von Routinedaten im Rahmen der Kontinuitätsstudie untersucht. Die Kontinuitätsstudie zeigt, dass ein Großteil der Palliativpatient*innen nach einer palliativmedizinischen stationären Versorgung eine palliativmedizinische Anschlussversorgung erhielt, jedoch nicht immer binnen 14 Tage. Die durch die Befragungen erwarteten Versorgungslücken in Form von großen zeitlichen Abständen konnten anhand der Kontinuitätsstudie teilweise gefunden werden.
Die weltweit zunehmende gesellschaftliche Mobilität, Globalisierungsbewegungen, Flüchtlingsströme und der Fernreisetourismus führen verstärkt zur Einreise von Migrant*innen mit genitalen, dentalen und weiteren Mutilationen ihres Körpers nach Europa. Dieses hat neben der gesellschaftlichen eine außerordentliche medizinische Relevanz. Eine patientenorientierte, erfolgreiche medizinische Behandlung ohne negative psychische und physische Folgen ist nur auf der Grundlage profunder Kenntnisse der kulturellen und ethnienspezifischen Besonderheiten möglich. Die Doktorarbeit wendet sich daher zunächst der Analyse von Zahndeformierungen mit ihren Ursachen, Folgen und den assoziierten Mutilationen zu und beschreibt bekannte Formen. Diese sind innerhalb des subsaharischen Raums Afrikas die einfache Zuspitzung der Zähne, die Zacken- und Lückenfeilung der Zähne, das Ausbrechen von Zähnen und das Verdrängen der Zähne aus ihrer ursprünglich anatomisch korrekten Stellung. In einem folgenden Schritt werden die genitalen Mutilationen wie u.a. die Klitorektomie, Labienexzision und Infibulation dargestellt und dazu die Ursachen, Folgen, juristische Dimension sowie Handlungsmöglichkeiten erläutert. Weiterhin werden Mutilationsformen aufgeführt, die im europäischen Raum kaum populär sind. Zu diesen zählen das sog. „Brustbügeln“, die Brustinzisionen, die Verlängerung der Genitalien sowie die Mutilationen der Skopzen. Die Prozedur des Brustbügelns ist in der Arbeit hinsichtlich ihres protektiven Motivs und ihrer mutilationsspezifischen Eigenheiten eingehend beschrieben. Die Brustinzisionen erfolgen bei der gezielten Anlegung von Narben (Skarifikationen) innerhalb eines Abhärtungsprozesses. Die Elongation der Labien richtet sich durch exzessives Dehnen der Genitalien auf eine rein ästhetische Komponente. In der Sekte der Skopzen wird die weibliche Brust mit dem Ziel eines Askesezustandes entfernt.
Weiter zählen zu den Mutilationspraktiken die im Kindesalter angebrachten „Infant Mutilation“. Mit der Enukleation, dem Ausreißen von Zahnkeimen und dem „Tea-Tea, der Zufügung von Schnitten auf der Brust, soll im Fall einer kindlichen Krankheit eine vermeintliche Kuration erreicht werden.
Mutilationspraktiken des subsaharischen Raums sind nach Literatur, allgemeinen Berichten und Berichten von Augenzeugen und Augenzeuginnen nicht auf einen Körperteil begrenzt und werden nicht auf lediglich eine Art ausgeführt. Es gibt einzelne Hinweise darauf, dass sie in Kombination auftreten. Dieses mögliche Auftreten von Kombinationen begründet in der vorliegenden Arbeit die Entwicklung der elementaren These, dass bei dem Vorhandensein offensichtlich erkennbarer Mutilationen im Sinne einer Korrelation auf weitere vorhandene Mutilationen zu schließen ist.
Für den Beleg dieser These wird auf der Grundlage einer systematischen Literaturrecherche aus einer tabellarischen Erfassung, einer kartographischen und einer inhaltlichen Betrachtung das zentrale Fazit dieser Arbeit gewonnen.
Die genannte tabellarische Auflistung erfasst in einer Dreigliederung einerseits Ethnien mit Zahndeformierungen, kategorisiert gemäß der Einteilung von Schröder, andererseits gleichzeitig auftretende Genitalmutilationen, kategorisiert gemäß der Einteilung der WHO und letztlich weitere Mutilationen. Die quantitativ am stärksten mit Korrelationen vertretene Zahnmutilationsart ist das Ausbrechen von Zähnen (Typ III), gefolgt von der einfachen Zuspitzung der Zähne (Typ I). Hinsichtlich der genitalen Verstümmelungen zeigt die Kliterektomie (WHO-Typ I), gefolgt von der Labienexzision (WHO-Typ II) die meisten Korrelationen.
Die genannte Auswertung kartographischen Materials lässt den Schluss zu, dass sich ein räumlich geographisches Vorkommen dentaler und genitaler Mutilationen wie ein Gürtel über den afrikanischen Kontinent zieht und mit geringen Ausbreitungs-unterschieden im subsaharischen Raum beträchtliche Korrespondenzen aufweist. Der genannte Überschneidungsbereich verläuft gleichermaßen gürtelartig. Dieser ist in einer eigenhändig erstellten Karte dargestellt und ermöglicht Ärzt*innen schnell eine Risikoeinschätzung ihrer Patientinnen bei Wissen um deren Herkunft.
Die letzte und inhaltliche Korrelationsebene ergibt sich aus ethnienspezifischen Grundlagen. Bei vielen afrikanischen Völkern ist das Leben in Abschnitte mit unterschiedlichen gesellschaftsinternen Rechten und Verpflichtungen gegliedert. Die jeweilige Stufe findet ihren Ausdruck in entsprechend angebrachten Mutilationen. Die sog. „Initiationsstufen“ werden im Lebenszyklus durchlaufen. Es werden sukzessive Mutilationen an unterschiedlichen Körperstellen vorgenommen. Sofern eine Ethnie dem Initiationsritus folgt, ist das Vorliegen mehrerer Mutilationsarten wahrscheinlich und künftige Deformierungen sind nicht auszuschließen. Entsprechend ist dieses exemplarisch für den Lebenszyklus der Massai dargelegt.
Die vorliegende Arbeit soll einen wichtigen Beitrag zur medizinischen Aufklärung über subsaharische Mutilationspraktiken leisten. Sie gibt Hilfestellung für ein interdisziplinäres Vorgehen in Diagnostik und Therapie. Die Dissertation soll als Ausgangspunkt für weitere interdisziplinäre Forschung verstanden werden.
Graphene is a strictly two-dimensional honeycomb lattice of carbon atoms whose low-energy charge-carrier dynamics obey the massless pseudospin-1/2 Dirac-Weyl equation (or chiral Weyl equation) where the chiral centers (or valleys) are the corners K and K‘ of the Brillouin zone. The linear spectrum near the Dirac nodal points lends graphene its exotic and ultra-relativistic properties.
However, condensed matter systems can possess fermionic excitations with linear dispersions that have no analog in high-energy physics since the crystal space group - instead of the Poincare group - constrains the energy dispersions. Perhaps the first example in this regard is the T_3 lattice (Dice Gitter), a honeycomb-like lattice with an extra atom placed at the center of each hexagon and coupled to only one of the sublattices. The spectrum features a strictly flat band that crosses the two conical intersections of the Dirac cones at K and K' inherited from graphene. The enlarged pseudospin-1 Dirac-Weyl equation describes the low-energy dynamics. By rescaling the transfer amplitude of the additional atoms in the T_3 lattice with a parameter 0<α<1, the resulting α-T_3 lattice continously interpolates between graphene and the T_3 lattice.
In this work, we explore the behavior of generalized Dirac-Weyl quasiparticles in external magnetic and valley-dependent pseudoelectromagnetic fields induced by out-of-plane strain. First, we studied Dirac-Weyl quasiparticles in external fields confined to circular quantum dots by generalizing the infinite-mass boundary condition to the α-T_3 lattices. We verified the analytically derived valley-anisotropic eigenstates of the quantum dot by numerically solving the tight-binding lattice-model in closed (isolated) and open (contacted) systems.
Second, we considered strain fields in the α-T_3 lattices to modify the low-energy transport properties by an effective pseudo-gauge field with opposite signs at the K and K‘ valley. In particular, we showed that the inhomogeneous pseudomagnetic field generated by Gaussian out-of-plane strain at the center of a four-terminal Hall bar setup acts as a valley filter. Most interestingly, the valley polarization is most dominant when incoming electrons are excited to pseudo-Landau level subbands. These bands are linked to different iso-field orbits encircling the lobes of the pseudomagnetic field. Addittionaly, any intermediate α breaks the inversion symmetry of the α-T_3 lattice and thus splits the pseudo-Landau levels into sublattice-polarized bands.
Third, we equipped the out-of-plane strain with a time-periodic drive to induce a valley-dependent pseudoelectric field perpendicular to the pseudomagnetic field. We assessed the steady-state transport properties and found – besides the static regime for small energies – two α-dependent valley-filtering regimes due to the periodic drive. Firstly, we found an additional valley-polarization plateau at the Floquet-zone boundary between the central and first Floquet copy that also displayed a “flower”-like pattern in the local density of states. Secondly, we detected a series of transmission gaps at the center of every Floquet sideband 2mΩ related to the Floquet coupling of the flat band with the central Floquet copy. Under certain strain parameters, a novel valley-filtering regime appears near the transmission gaps where the incoming K electrons are focused through the bump by the pseudoelectric field, instead of encircling the lobes of the pseudomagnetic field. A stability analysis demonstrated that the polarization regimes are tunable by the driving frequency.
Lastly, we demonstrated that the flat band in the Haldane-dice lattice modified by a uniaxial strain along the zigzag orientation remains singular at all band crossings where the model undergoes a topological phase transition between C=+-2 and C=0. To show this, we computed the compact localized eigenstates and the quantum distance of the Bloch wave function around the band-touching points. We derived the resulting non-contractible loop states and an extended state whose components are tunabe by the system parameters.
Krankheitserfahrung und Ethik: Ein Beitrag zur Frage der Verantwortung von Patientenorganisationen
(2023)
Die vorliegende Dissertationsarbeit analysiert die Verantwortung von
Patientenorganisationen gegenüber ihren Mitgliedern und die sich daraus ergebenden
Handlungsmotive.
Als zentrale Elemente erweisen sich dabei die Möglichkeiten, individuelle
Krankheitserfahrungen ihrer Mitglieder zu erfassen und eine vermittelnde Rolle
zwischen Patient:innen und Forschenden bzw. medizinischem Fachpersonal
einzunehmen. Individuelle Krankheitserfahrungen (in der Fachliteratur überwiegend
als „experiential expertise“ bekannt) stellen besonders bei chronischen und nicht
heilbaren Erkrankungen eine wichtige Ressource dar. Wissenschaftliche Fortschritte,
die die Krankheitslast senken und die Lebensqualität der Betroffenen erhöhen, hängen
maßgeblich von dieser Ressource ab. Zugleich sind Betroffene von chronischen und
nicht heilbaren Erkrankungen häufig durch starke Patientenorganisationen vertreten.
Aus diesem Grunde handelt es sich bei Patientenorganisationen um die idealen
Akteurinnen, um „experiential expertise“ gewinnbringend in Forschungsaktivitäten
einzubringen.
Dabei werden Patientenorganisationen aufgrund der bei ihnen vorhandenen
Eigenschaften Intentionalität und Handlungsfähigkeit als eigenständige, moralisch
handelnde Akteurinnen identifiziert. In beiden Aspekten überwinden
Patientenorganisationen Limitationen von Individuen: Ihre Intentionalität formt sich aus
den kollektiven Bedürfnissen ihrer Mitglieder und ihre Handlungen sind aufgrund der
Kollektivität wirkmächtiger.
Die Anwendungsrelevanz der vorgenannten Erkenntnisse wurde im Rahmen dieser
Dissertation mittels einer qualitativen Interviewstudie mit an chronischer Pankreatitis
erkrankten Mitgliedern der Patientenorganisation „Deutsche Pankreashilfe e.V.“
bestätigt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei dieser nicht heilbaren und phasenweise
verlaufenden Erkrankung, abseits der Behandlung der akuten Krankheitsphasen, ein
Ausbau der Psychoedukation und gesellschaftlicher Aufklärungsarbeit einen
signifikanten Beitrag zur Senkung der Krankheitslast leisten könnte.
Die vorliegende Dissertation liefert eine ethische Argumentation zur Nutzung des
Potenzials von Patientenorganisationen zur langfristigen Verbesserung der
Lebensqualität ihrer Mitglieder. Weitere Forschung ist notwendig, um eine
praxisorientierte Umsetzung der Erkenntnisse bei hoher Heterogenität von
Krankheiten und Patientenorganisationen zu ermöglichen.
This thesis presents the production of polyanionic clusters within two ion storage devices:
Considering a Penning trap, the accessible range of polyanionic aluminium clusters has been expanded up to the 10th charge state. In particular, abundance curves for clusters with 5 to 9 excess electrons have been measured for the first time and analysed with respect to their lifetime-dependent appearance sizes. These sizes reveal a nearly quadratic dependency on the charge state for experimentally accessible lifetimes.
Additionally, the production of polyanionic clusters has been enabled in a radiofrequency ion trap. Therefore, the transition from a harmonic to a digital 2- and 3-state guiding signal has been investigated with respect to the ion storage. The passing of electrons through the trap during field-free periods of the guiding signal led to the first production of polyanionic clusters within a radiofrequency ion trap.
Research into nuclear physics has enjoyed a long and rich history since the earliest experiments began investigating atomic constituents. The discovery of the atomic nucleus in the early 20th century started a complex field of research that has undergone many transformations with the advancements of modern technology. Today, atomic nuclei are not only studied to advance our understanding of the strong force but also to gain more information on the synthesis of elements in the universe, to exploit nuclear decay to investigate the weak interaction, and to search for physics beyond the standard model.
In this work, we will study the strong force in atomic nuclei, i.e. the way nucleons (protons and neutrons) arrange themselves in a many-body system governed by the repulsive Coulomb interaction and the attractive strong interaction. In particular, we will focus on nuclear structure near nuclei with a "magic number" of Z protons and N neutrons, so-called doubly-magic nuclei, exhibiting a particularly stable configuration with respect to neighboring nuclei.
Within the nuclear shell model, similar to the atomic shells, the magic numbers indicate shell closures accompanied by energy gaps. Nuclei at double-shell closures and their direct vicinity provide an important playground to benchmark nuclear theories and models that aim to predict the intricate interplay of the nucleons that lead to enhanced nuclear binding energies, significant changes in charge radii and transition strengths, etc.
Of particular interest are nuclear isomers, long-lived excited states, in which the nucleon configuration with respect to its ground state is altered, resulting in a modification of their properties despite having the same number of protons and neutrons.
The main part of this work consists of three publications, which report on nuclear structure investigations through mass measurements and laser spectroscopy near the doubly magic nuclei nickel-78, tin-100, and lead-208.
The nuclides investigated in this work include neutron-deficient indium isotopes, neutron-rich zinc isotopes, and neutron-rich mercury isotopes.
In den letzten Jahren gewannen ω-Transaminasen zunehmend an Bedeutung. Ihr breites Substratspektrum, das sowohl Aminosäuren als auch Amine umfasst, macht sie interessant für biotechnologische Anwendungen. Im Gegensatz zu α-Aminotransferasen sind ω-Aminotransferasen nicht auf α-Aminosäuren als Aminodonor bzw. α-Ketosäuren als Aminoakzeptoren beschränkt. Auch sind einige ω-Transaminasen in der Lage, Aldehyde oder Ketone zu aminieren. Dadurch sind sie vielseitig einsetzbar. Seit ihrer Entdeckung wurden ω-Transaminasen in einer Vielzahl von Organismen nachgewiesen. Viele dieser Enzyme stammen aus Pilzen und Bakterien. Da es ständig Bedarf an neuen Transaminasen gibt, wurden verschiedene Organismen auf das Vorhandensein solcher Enzyme untersucht. Die Hefe Blastobotrys raffinosifermentans LS3 ist einer dieser Organismen. Für diese Hefe existiert bereits eine Vielzahl biotechnologischer Anwendungen, was unter anderem an ihren vielseitigen physiologischen Möglichkeiten liegt. Um das Spektrum dieses Stammes noch zu erweitern, wurde sein Genom auf ORFs gescannt. Die ermittelten ORFs wurden translatiert und die so erhaltenen, theoretischen Proteine in einer Proteindatenbank gespeichert. Die Einträge dieser Datenbank wurden einem „hmmerscan“ (hmm ist kurz für „hidden Markov model“) unterzogen. Dabei werden die Proteine in sogenannte Pfams, kurz für Proteinfamilien, eingeteilt. Drei Proteine wurden der Familie PF00202.21 zugeordnet. Das ist die sogenannte Aminotran_3 Familie. In dieser Familie befinden sich eukaryotische ω-Transaminasen. Die Gene brota1, brota2 und brota3 codieren für diese Enzyme. Jeweils eins der Gene wurde in den Vektor XPLOR®3 kloniert, damit die potentiellen ω-Transaminasen in B. raffinosifermentans G1212 [aleu2 atrp1:ALEU2] [1] überexprimiert werden können. Eine Besonderheit von BroTA1 ist, dass es neben der Aminotran_3 Domäne noch eine AAA Domäne aufweist. Deshalb ist es mit etwa 85 kDa auch deutlich größer als die meisten ω-Transaminasen, die meist zwischen 45 und 50 kDa liegen. BroTA2 und BroTA3 beinhalten nur die Aminotran_3 Domäne. Alle drei Enzyme zeigen niedrige Aktivität bei der kinetischen Auflösung racemischer β-Aminosäuren.
Neben den eukaryotischen ω-Transaminasen wurden auch einige bakterielle Enzyme untersucht. Literatursuche und das Screenen der Stammsammlung der Arbeitsgruppe Hefegenetik des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung führten zu mehreren potentiellen bakteriellen ω-Transaminasen. Das zu Beginn dieser Arbeit noch als hypothetisches Protein bezeichnete Enzym von Variovorax boronicumulans hat sich als ω-Transaminase herausgestellt. Das Enzym wurde detailliert hinsichtlich des Substratspektrums und seiner biochemischen Eigenschaften charakterisiert. Es handelt sich hierbei um eine ω-Transaminase mit β-Aktivität. Diese Transaminase akzeptiert sowohl aromatische als auch aliphatische β-Aminosäuren als Substrat. Sequenzvergleiche dieses Enzyms mit anderen ω-Transaminasen, die nur aliphatische Aminosäuren akzeptieren, führten zu tieferen Einblicken in konservierte Bereiche dieser beiden Gruppen von ω-Transaminasen.
Der dritte Ansatz war das Anpassen einer bekannten ω-Transaminase des thermophilen Bakteriums Sphaerobacter thermophilus an ein potentielles Motiv für aromatische ω-Transaminasen. Dadurch sollte die Aktivität des Enzyms erhöht werden. Dieser Ansatz führte zu 7 Varianten des Enzyms mit höherer Aktivität als der Wildtyp. Durch diese Versuche wurden einige für die Transferaseaktivität wichtige Aminosäurereste offenbart. So hat sich zum Beispiel herausgestellt, dass N70 offenbar wichtig für den Umsatz von γ-Aminosäuren ist, da ein Austausch gegen Glutamat zu einer verminderten Aktivität mit γ-Aminopentansäure führte.
Zerebrale kavernöse Malformationen (CCMs) sind Gefäßfehlbildungen im Gehirn oder Rückenmark und können sich klinisch aufgrund einer erhöhten Blutungsbereitschaft mit Kopfschmerzen, Gefühls- und Sprachstörungen bis hin zu Krampfanfällen äußern. Sie treten sporadisch oder im Rahmen einer autosomal-dominant erblichen Form auf. Kausale Sequenzveränderungen sind dabei in den drei Genen CCM1, CCM2 und CCM3 bekannt. Die Detektionsrate für pathogene Varianten ist mit bis zu 60 % für sporadische Fälle und mit weit über 90 % für familiäre Fälle sehr hoch. Während Genpanel-Analysen sehr verlässlich Einzelnukleotidveränderungen, kleine Insertions- und Deletionsvarianten sowie Kopienzahlveränderungen detektieren können, werden komplexe Strukturvarianten oder Veränderungen in nicht-kodierenden Regionen kaum erfasst. Diese rücken jedoch für die bisher genetisch unaufgeklärten Fälle immer mehr in den Fokus des Interesses. Diese Arbeit adressiert daher zum einen die Identifizierung neuer Strukturvarianten und deren funktionale Interpretation im Kontext der CCM-Erkrankung.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist der erstmalige Nachweis einer interchromosomalen Insertion bei einem CCM-Patienten gelungen. Die unbalancierte Insertion genomischen Materials von Chromosom 1 in die kodierende Region des CCM2-Gens konnte durch die Verbindung von bioinformatischen Auswertestrategien der Next Generation Sequencing-Genpanel-Daten, molekularzytogenetischen Analysen und einer molekularen Bruchpunktkartierung genau charakterisiert werden. Die Identifikation einer weiteren Strukturvariante, einer Deletion des Transkriptionsstarts von CCM1, verdeutlichte die Herausforderungen bei der Bewertung von Veränderungen in nicht-kodierenden Genbereichen. Für eine eindeutige Klassifikation der Variante wurden daher funktionale Analysen durchgeführt, die auf einer CRISPR/Cas9-vermittelten Nachbildung der Deletion in iPSCs und der anschließenden Differenzierung in Endothelzellen beruhte. Damit konnte gezeigt werden, dass die Deletion zu einem Verlust der CCM1 mRNA- und Proteinexpression führt. Zudem wurde in den differenzierten Endothelzellen eine für die CCM-Pathogenese charakteristische Deregulation von KLF2, THBS1, NOS3 und HEY2 beobachtet. Schließlich war es auf Basis dieser in vitro-Analysen möglich, die Variante entsprechend den ACMG-Richtlinien als wahrscheinlich pathogen zu bewerten und somit die molekulare CCM-Diagnose zu sichern.
Die Verbindung des CRISPR/Cas9-Systems mit iPSCs ist nicht nur für die Variantenbewertung von großem Nutzen, sondern bietet auch das Potential zum besseren Verständnis von Krankheitsmechanismen. Ein weiterer Fokus der vorliegenden Arbeit lag daher auf der Etablierung und Verwendung iPSC-basierter Zellkulturmodelle für die CCM-Modellierung. Zunächst ist es gelungen, mehrere iPSC-Linien mit einer kompletten CRISPR/Cas9-vermittelten CCM1-, CCM2- oder CCM3-Inaktivierung zu generieren. Diese wurden anschließend für die Differenzierung in hBMEC-ähnliche Zellen und innovative dreidimensionale vaskuläre Organoide verwendet. In diesen Systemen konnte beispielsweise eindrücklich eine tumorähnliche Proliferation CCM3-defizienter Endothelzellen nachvollzogen werden, die nur in Kontakt mit Wildtyp-Zellen auftrat. RNA-Sequenzierungen in einem CCM1-basierten Knockout-Modell konnten darüber hinaus die Rolle von CCM1 als Endothel-spezifisches Suppressorgen stärken. Die im Rahmen der Arbeit etablierten Systeme werden zukünftig für weitere Fragestellungen der CCM-Pathogenese wie der endothelialen Barrierestörung eingesetzt und stellen darüber hinaus sehr gut geeignete Plattformen für die effektive Entwicklung dringend benötigter therapeutischer Ansätze dar.
Bei der familiären Form zerebraler kavernöser Malformationen (CCMs) handelt es sich um eine autosomal-dominant erbliche Erkrankung, die durch pathogene Keimbahnvarianten in den Genen CCM1/KRIT1, CCM2 bzw. CCM3/PDCD10 ausgelöst wird und mit einer Prävalenz von 1:3300 bis 1:3800 in der Allgemeinbevölkerung vorkommt. Neben Punktmutationen und kleinen Indels werden auch Strukturvarianten (SVs) in den Krankheitsgenen beobachtet. Diese sind jedoch mithilfe von Short-Read-basierten Genpanel- oder Exomsequenzierungen in der Routinediagnostik zum Teil nur schwer zu identifizieren.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher eine neue CRISPR/Cas9-basierte Nanopore-Sequenzierung der Gene CCM1, CCM2 und CCM3 sowie der flankierenden genomischen Regionen etabliert. Die Abdeckung der Zielregionen mit Reads länger als 20 kb erlaubte die zuverlässige Detektion von Kopienzahlveränderungen. Darüber hinaus konnte anhand einer interchromosomalen Insertion und einer 24 kb großen Inversion gezeigt werden, dass die Methode auch komplexere SVs nachweisen kann. Das Protokoll einer Cas9-basierten Sequenzierung ausgewählter genomischer Zielregionen auf der MinION-Plattform kann gut auf andere Fragestellungen übertragen werden und lässt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand in vielen Laboren etablieren.
Ein zweiter Schwerpunkt der Promotionsarbeit lag auf der Entwicklung neuer, vielseitig einsetzbarer Zellkulturmodelle der CCM-Erkrankung. Mithilfe CRISPR/Cas9-vermittelter Genomeditierungen in fluoreszenzmarkierten humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) konnten komplexe Kokulturmodelle sowie dreidimensionale vaskuläre Organoidkulturen etabliert werden. Anhand von aus CCM3-defizienten hiPSCs differenzierten humanen Endothelzellen (ECs) und vaskulären Mosaikorganoiden ließ sich ein klonaler Überlebensvorteil von CCM3-/--Zellen in Kokultur mit Wildtyp-Zellen nachweisen, welcher kürzlich auch in CCM-Mausmodellen als Schlüsselelement der CCM-Pathogenese beschrieben wurde. In den neuen Zellkulturmodellen ließ sich auch der positive Effekt des in der Greifswalder Arbeitsgruppe identifizierten Kandidatenwirkstoffs NSC59984 auf die tumorähnliche Proliferation von CCM3-/--Zellen in Kokultur validieren. Durch systematische RNA-Sequenzierungen konnte zudem nachgewiesen werden, dass CCM1 für die Differenzierung von ECs aus hiPSCs nicht erforderlich ist, jedoch die physiologische Funktion von ECs aufrechterhält.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeiten belegen nicht nur die Praktikabilität und Sicherheit der Identifizierung komplexer genomischer Strukturvarianten mittels CRISPR/Cas9-vermittelter Nanopore-Sequenzierungen, sondern sie ebnen zudem den Weg zur effektiven Testung neuer CCM-Therapieansätze im Hochdurchsatzverfahren und erlauben einen neuen Einblick in die noch immer unvollständig verstandene CCM-Pathogenese.
In dieser Studie sollte geprüft werden, inwieweit sich die chronische Herzinsuffizienz und die chronisch obstruktive Lungenerkrankung auf den Schlaf auswirken. Insbesondere, ob sich verschiedene Parameter der untersuchten Patientengruppen, auch im Vergleich zu gesunden Kontrollprobranden, signifikant unterscheiden. Dazu wurden retrospektiv polysomnographische und allgemeine Daten (z.B. Alter, Medikamente, Durchschlafstörungen, Tagesmüdigkeit uvm.) von drei verschieden Patientenkohorten ausgewertet und miteinander verglichen. Diese setzten sich aus insgesamt 334 Probanden zusammen, welche größtenteils männlich und im Durchschnitt 64 Jahre alt waren. Die Daten stammen aus einem Zeitraum zwischen 2008 bis 2017.
Die erste Probandengruppe setzte sich aus 105 an HI leidenden Patienten, deren Datensätze aus dem Schlaflabor des Klinikums Karlsburg (Vorpommern) stammen, zusammen. 100 Patientendaten wurden aus der GANI_MED Studie von Patienten, die an COPD erkrankt sind, in die Analysen eingeschlossen. Im Weiteren wurde ein 1:1 Matching nach Geschlecht, Alter (±5 Jahren) und BMI (±5 kg/m²) aus der Bevölkerungsstichprobe SHIP-Trend (n= 665) vollzogen. Nachfolgend konnten somit, die Daten von 55 herzinsuffizienten Patienten und 74 Lungenkranken mit ihrer jeweiligen Kontrollgruppe (SHIP-Trend) analysiert, ausgewertet und verglichen werden.
Als hauptsächlicher genannter Grund für die Vorstellung in einem Schlaflabor galt für die Herzinsuffizienzpatienten das vorherige Polygraphieergebnis während eines vorhergehenden Aufenthalts. Weiterhin stellten nächtliche Apnoen, weniger auch das Schnarchen und die Tagesmüdigkeit einen Beratungsanlass dar.
Der ausschlaggebende Faktor zum Einschluss der Patienten in die Studie war der Befund der Echokardiographie. Hier zeigte sich, dass sich der überwiegende Teil (76,92%) an einer Herzinsuffizienz mit erhaltener linksventrikulärer Ejektionfraktion (HFpEF) leidet.
Bei der Auswertung der PSG-Ergebnisse wurde u.a. herausgefunden, dass der AHI der HI-Kohorte 35,4/h beträgt und damit dem höchsten Schweregrad der SBAS entspricht. Den Hauptanteil machen hier die obstruktiven Atemstörungen aus (22,4/h). Auch in der SHIP-Trend-Vergleichskohorte zeigte sich bei einem mehr als 3-fach über der Norm liegenden AHI (15,6/h) vorranging die obstruktive Komponente. Hier kann ein Zusammenhang zu den Hauptrisikofaktoren der OSA gesehen werden: Adipositas (BMI: HI - 33,5 kg/m², SHIP-Trend-32,9 kg/m² ), höheres Lebensalter und männliches Geschlecht. Den signifikanten Unterschied zwischen beiden Kohorten in Bezug auf die SBAS könnte in der Grunderkrankung begründet liegen. Dies kann aber nicht abschließend begründet werden, zumal auch aufgrund der Vorauswahl (Grund für die PSG) die höchste Prävalenz in der HI-Gruppe zu erwarten war.
Das jedoch die OSA in dieser Kohorte so einen hohen Stellenwert einnehmen würde überraschte, da tendenziell die zentralen Atmungsstörungen bei dieser Erkrankung überwiegen. Ein weiterer Grund dafür könnte, neben den oben aufgeführten Risikofaktoren, in der vorherrschenden Art der Herzinsuffizienz in dieser Patientenkohorte begründet liegen. Auch in anderen Studien wurde herausgefunden, dass Patienten mit einer HFpEF eher zum OSA tendieren. Diese Dysfunktion ist in den meisten Therapiestudien unterrepräsentiert oder wurde sogar ausgeschlossen. Diese Studie zeigt hiermit auch, dass es unbedingt weitergehender Forschung auf diesem Feld bedarf.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass sich die PSG-Befunde aufgrund der Grunderkrankung unterscheiden. Im Vergleich zu den gesunden Kontrollprobanden zeigte sich, dass die Wahrscheinlichkeit an einer HI erkrankt zu sein, bei Erhöhung folgender Parameter zunimmt: AHI, OAI, CAI, AI, ODI sowie N2 und N3. Eine Verlängerung von N1, der Zeit im Bett, der totalen Schlafzeit und der Schlafperiodenzeit sowie der durchschnittlichen Sauerstoffsättigung senkt hingegen die Wahrscheinlichkeit, an einer HI zu leiden. In Bezug auf die COPD ist die Zeit im Bett und das Schlafstadium N2 positiv, die Erhöhung der Schlafeffizienz und der Sauerstoffsättigung negativ assoziiert.
Unabhängig davon, dass bei der COPD-Kohorte dieser Studie nur gering ausgeprägte SBAS auftraten und deren Vergleichskohorte sogar eine höhere Anzahl zeigte, ist das Thema für diese Patienten genauso relevant wie für die herzinsuffizienten Patienten.
Fest steht, da sind sich die Experten einig, dass die schnelle und konsequente Einleitung einer Therapie die Morbidität und Mortalität dieser Krankheitsbilder mit großer Wahrscheinlichkeit verringern kann. Deshalb ist es unserer Meinung nach essentiell, frühzeitig auf charakteristische Symptome zu reagieren und eventuell eine diagnostische PSG einzuleiten.
Auch aufgrund der vermutet hohen Dunkelziffer schon in der Normalbevölkerung sollte mindestens zum "Check Up" in der Hausarztpraxis bei allen Patienten die Frage nach typischen Symptomen zu SBAS erfolgen, bei Hinweisen darauf die Durchführung des ESS-Fragebogens angeboten und je nach Ausgang auch eine Empfehlung zur Polygraphie und ggf. im Weiteren zur PSG ausgesprochen werden. Jedoch ist auch, wenn kein erhöhter Punktescore in dem ESS-Fragebogen festgestellt wird, immer eine individuelle Entscheidung zur Durchführung der PSG anzustreben. In dieser Studie konnte nämlich auch gezeigt werden, dass das Testergebnis dieses Fragebogens zwar sensitiv aber sehr unspezifisch ist und viele Patienten trotzdem SBAS aufweisen, obwohl der Test keinen Hinweis dafür gibt.
Das Krankheitsbild der Sepsis zählt zu den Haupttodesursachen weltweit. Die Sepsis-induzierte Kardiomyopathie, erstmalig 1984 beschrieben, ist eine Begleiterkrankung der Sepsis, für die es keine spezifische Therapie gibt. Die Pathogenese der septischen Kardiomyopathie ist weitestgehend unklar. Mehrere Einflussfaktoren werden diskutiert. Das Zytokin Interleukin-6 (IL-6) wird während der Sepsis im menschlichen Organismus vermehrt gebildet und ist mit der Schwere der Sepsis assoziiert. Sein Einfluss auf die Herzmuskulatur und sein Anteil an der Ausbildung einer Sepsis-induzierten Kardiomyopathie ist bisher ungeklärt. Weiterhin ist nicht bekannt, ob die Hemmung der IL-6 Wirkung auf die Herzmuskulatur einen protektiven Effekt aufweist. Die vorliegende Arbeit konnte einen negativen Einfluss von IL-6 über den gp130 Rezeptor auf Kardiomyozyten in vitro und das Herz in vivo nachweisen. So zeigten in vitro Untersuchungen, dass IL-6 die Expression von Stress-assoziierten Genen im Herzen steigert. Zudem konnte gezeigt werden, dass IL-6 die kontraktile Funktion von adulten Ratten-Kardiomyozyten reduziert. Um die Hypothese zu überprüfen, dass IL-6 die Entstehung einer Sepsis-induzierten Kardiomyopathie fördert, wurde in männlichen in Herzmuskelzell-spezifischen gp130 Knockout (cKO) und gp130 WT Geschwistermäusen eine polymikrobielle Sepsis induziert und die Herzfunktion und die Expression kardialer Stressmarker und mitochondrialer Gene nach 24 Stunden quantifiziert. Zusätzlich wurde die mitochondriale Funktion in den Herzen dieser Tiere mittels Respirometrie untersucht. Die Induktion der Sepsis erfolgte durch die Ausführung einer zökalen Ligatur und Punktion (engl. cecal ligation and puncture, CLP). Als Kontrolle dienten Schein (engl. Sham-) operierte Mäuse. Echokardiographisch konnte nach 24 Stunden eine kardiale Dysfunktion in den septischen gp130 WT Mäuse nachgewiesen werden, welche die septischen gp130 cKO Mäuse nicht zeigten. Die Expression mitochondrialer Gene war in den Herzen der septischen WT Mäuse, jedoch nicht der gp130 cKO Mäuse fehlreguliert.
Die Respirometrie-Messungen wiesen eine signifikant reduzierte Sauerstoffdurchflussrate der Atmungskette der Mitochondrien in den Herzen der septischen gp130 WT Mäusen im Vergleich zu Sham-Tieren nach, was für eine verschlechterte Mitochondrien Funktion spricht. Eine Verschlechterung der
mitochondrialen Funktion konnte in den Herzen der Gp130 cKO Mäuse nicht nachgewiesen werden.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass erhöhte IL-6 Spiegel in der Sepsis über den gp130 Rezeptor auf den Herzmuskelzellen zu einer mitochondrialen Dysfunktion im Herzen führt, was an der Entwicklung einer Sepsis-induzierten Kardiomyopathie beteiligt sein könnte.
Bei der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung handelt es sich um eine pulmonale Erkrankung mit persistierender respiratorischer Symptomatik. Für die Erkrankung pathognomonisch ist eine Atemflussminderung aufgrund einer progressiven Atemwegsobstruktion. Trotz individueller Krankheitsverläufe und verschiedenen klinischen Phänotypen resultiert häufig eine chronisch respiratorische Insuffizienz mit obstruktiver Ventilationsstörung, welche sich limitierend auf die Überlebenszeit auswirkt und die Wahrscheinlichkeit für wiederholte Hospitalisierungen erhöht. Die nichtinvasive Beatmung stellt seit Jahren eine etablierte und anerkannte Therapieoption der akuten respiratorischen Insuffizienz bei COPD-Patienten da. Weniger eindeutig verhält sich jedoch die Studienlage bezüglich der Etablierung einer langfristigen außerklinischen NIV-Therapie bei COPD-Patienten mit chronisch respiratorischer Insuffizienz. Kurz- und Langzeiteffekte dieser Therapieoption bei chronisch respiratorischer Insuffizienz wurden in den letzten 20 Jahren nur in wenigen Publikationen untersucht und es konnte kein Vorteil hinsichtlich des Überlebens von Patienten mit Überleitung auf eine LTH-NIV-Therapie gezeigt werden. Ziel dieser retrospektiven Studie war es, die Auswirkungen der NIV-Therapie auf das Langzeitüberleben und die Rehospitalisierung zu untersuchen und mögliche Einflussfaktoren bzw. Prädiktoren auf diese zu identifizieren. Zur Beantwortung der Fragestellung wurden 151 Patienten in die Studie eingeschlossen, welche sich in dem Zeitraum vom 01.01.2012 bis 30.06.2019 aufgrund einer akuten nicht-invasiven Beatmungsnotwenigkeit bei AECOPD in den Abteilungen für innere Medizin der UMG in Behandlung befanden. Vom Gesamtkollektiv wurden 83 Patienten im Anschluss an den Indexkrankenhausaufenthalt direkt auf eine LTH-NIV-Therapie eingestellt. Die Non-NIV-Gruppe bildeten 68 Patienten, welche ohne Überleitung auf eine LTH-NIV-Therapie nach dem Indexaufenthalt aus dem Krankenhaus entlassen wurden. Über ein Follow-up von zwei Jahren wurden Blutgasanalysen, Beatmungsparameter, Rehospitalisierungen und die Mortalität betrachtet. Es wurden eine Überlebenszeitanalyse nach der Kaplan-Meier-Methode sowie eine Cox-Regression zur Analyse mehrerer Einflussgrößen auf das Überleben im Gruppenvergleich durchgeführt.
In der vorliegenden retrospektiven Datenauswertung von COPD-Patienten mit akuter nicht-invasiver Beatmungsnotwendigkeit im Rahmen einer AECOPD, konnte gezeigt werden, dass die Einstellung auf eine LTH-NIV-Therapie das Überleben in einem zweijährigen Beobachtungszeitraum signifikant (p=0,027) verbessert. Das 24-Monats-Risiko einer Rehospitalisierung lag in der LTH-NIV-Gruppe bei 41% gegenüber 55,9% in der Non-NIV-Gruppe. Dieses Ergebnis verfehlte nur knapp die statistische Signifikanz (p=0,053). In der statistischen Testung ergab sich ein verringertes Mortalitätsrisiko bei den Patienten, die im direkten Anschluss an eine AECOPD auf eine LTH-NIV-Therapie übergeleitet wurden [HR: 0,37 (0,17; 0,79)].
In dieser retrospektiven Studie sind ausgehend von 527 der Gesamtkohorte 345 Patienten mit einer CTEPH analysiert worden. Die Stratifizierung der Patienten erfolgte in zwei Gruppen: Der konventionellen Gruppe, in der Patienten eine medikamentöse PH-Therapie erhalten haben, und der interventionellen Gruppe, in der Patienten eine Intervention in Form einer pulmonalen Endarteriektomie (PEA) oder einer pulmonalen Ballonangioplastie (BPA) erhalten haben. Der Beobachtungszeitraum erstreckte sich vom 01.01.2002 bis zum 31.12.2020. In der gesamten Nachbeobachtungszeit (Median: 3.5 Jahre; mean ± SD, 4.4 ± 3.6 Jahre) starben ins-gesamt 78 Patienten, entsprechend einem Prozentsatz von 22.6 % (n = 345), davon in der konventionellen Gruppe 29 % (n = 60) und in der interventionellen Gruppe 13 % (n = 18).
Die wichtigste Schlussfolgerung der vorliegenden Arbeit ist der prädiktive Vorhersagewert der Überlebenswahrscheinlichkeit der mittels CPET bestimmten maximal Sauerstoffaufnahme VO2 (Peak) für Patienten, die aus verschiedensten Gründen keiner interventionellen Therapie im Sinne der etablierten pulmonale Endarteriektomie (PEA) oder der pulmonale Ballonangioplastie (BPA) zugänglich sind. Die in dieser Studie untersuchten Parameter, die zu Beginn des Beobachtungszeitraums. d. h. vor der Intervention, erhoben wurden, lassen in der interventionellen Gruppe keine verlässliche Vorhersage für das Überleben zu. In der konventionellen Gruppe konnten in der vorliegenden Arbeit jedoch eine Vielzahl an prognoserelevanten Parametern identifiziert werden. Maßgeblich sind dies neben der bereits erwähnten VO2 (Peak) [% SW] die Parameter PET CO2 in Ruhe und an der AT, die VE/VCO2 in Ruhe und an der AT. Der VE/VCO2-Slope und die PET CO2 (Peak) sind ebenso prognoserelevant.
Größere Studienkollektive mit einem längeren Beobachtungszeitraum könnten sich mit einer höheren Sensitivität auch der Frage widmen, ob es nicht doch einen relevanten CPET-Parameter zur Prognoseabschätzung auch bei interventionell versorgten Patienten gibt. Ein Ansatz da-für wäre CPET-Untersuchungen in definierten Zeitintervallen nach der operativen Intervention.
Weiterführende Studien sollten zudem unter diesem Aspekt auch die Frage des Einsatzes der CPET über die Basisdiagnostik hinaus als Verlaufsparameter untersuchen und außerdem auf längere Beobachtungsphasen ausgedehnt werden, um weitere Langzeitdaten erheben zu können.
In der vorliegenden Arbeit wurden neben dem Herzinsuffizienzmarker NT-proBNP die TLR4 Korezeptoren CD14 und LBP sowie die TLR4 Aktivatoren HMGB1 und LPS, hinsichtlich ihrer Assoziation mit dem Sterblichkeitsrisiko in DCM Patienten untersucht. Dabei konnte erstmals gezeigt dass, HMGB1 mit einer gesteigerten Sterblichkeit bei DCM Patienten assoziiert ist.
Aufgrund methodischer Einschränkungen, die mit der geringen Stichprobengröße und der Tatsache zusammenhängen, dass nur die Gesamtmortalität als Ergebnis ausgewertet werden konnte, war die Entwicklung eines umfassenden Vorhersagemodells als potenzieller klinischer Score unter Einbeziehung von HMGB1 bei DCM-Patienten nicht möglich.
Ein kausaler Zusammenhang zwischen erhöhten HMGB1-Spiegeln und TLR4-Aktivierung wurde nicht direkt untersucht. Auf der Grundlage der vorliegenden Daten und in Anbetracht der Tatsache, dass die angeborene Immunität eine Rolle bei der Pathogenese der Herzinsuffizienz spielt, ist es denkbar, dass HMGB1 auch eine Rolle bei der Pathogenese der DCM spielt.
Um zu untersuchen, ob die Quantifizierung von HMGB1 die Risikostratifizierung von DCM-Patienten im Hinblick auf die Vorhersage des Krankheitsverlaufs und verfeinerter Endpunkte wie HF-Hospitalisierung oder kardiovaskuläre Mortalität verbessert, sind weitere prospektive Studien mit größeren DCM-Kohorten erforderlich.
Prüfungsangst ist eine besondere Form der Situationsangst, welche unter einer Vielzahl von Studierenden weit verbreitet ist und durchaus zur negativen Beeinträchtigung der akademischen Leistungen von diesen führt. Es sind bereits mehrere Instrumente erprobt, welche die Angst vor Prüfungen verringern können. Eine mitunter am häufigsten beschriebene Methode ist das Expressive Schreiben, die ausdrucksstarke Offenlegung der Gedanken und Emotionen über eine bevorstehende Prüfung. Die Ohrakupunktur, eine komplementärmedizinische Methode, ist ebenfalls eine vielversprechende Verfahrensweise zur Behandlung von situationsbedingter Angst.
Die vorliegende Studie basiert auf der Grundlage der Ergebnisse einer 2012 verfassten randomisierten Cross-over-Studie durch Klausenitz et al. , wobei gezeigt wurde, dass die Ohrakupunktur bei der Behandlung von Angstzuständen dem Placebo-Verfahren überlegen ist. Um die tatsächliche klinische Wirksamkeit der Ohrakupunktur bei der Behandlung von Prüfungsangst bei Medizinstudierenden vor einer Prüfung weiter zu bewerten, wurde als Vergleich das Expressive Schreiben herangezogen. Die Hypothese, dass sowohl Ohrakupunktur als auch Expressives Schreiben die Angst reduzieren, den Schlaf verbessern und somit die akademische Leistung der Medizinstudenten bei Anatomieprüfungen steigern, hinterfragt den Forschungsbestand dieser Arbeit. In die Studie wurden 37 Zahn- und Humanmedizinstudierende eingeschlossen. Diese legten im Zeitraum von April bis Juli 2014 drei vom Umfang vergleichbare mündliche makroskopische Anatomietestate ab. Vor der jeweiligen Prüfung durchlief jeder Proband randomisiert eine der drei Studienbedingungen: „Ohrakupunktur“, „Expressives Schreiben“ und „keine Intervention“. Die Prüfungsangst wurde mit dem Spielberger State-Trait-Angst-Inventar (STAI) und einer visuellen Analogskala (VAS 100) erfasst. Des Weiteren wurden neben der Analyse der Speichel-Alpha-Amylase die Schlafqualität, die Kreislaufparameter sowie die Prüfungsleistung dokumentiert.
Gegenüber den Ausgangswerten und dem Expressiven Schreiben konnte für die Ohrakupunktur eine signifikante Reduktion der Prüfungsangst, gemessen mit STAI, gezeigt werden. Dabei war der größte Effekt der Ohrakupunktur nach der Intervention am Abend vor der Prüfung zu verzeichnen (STAI State Werte 49 ± 8 vs. 56 ± 11, P = 0.015; Mittelwerte ± Standardabweichung). Des Weiteren konnte eine verbesserte Schlafqualität nach Ohrakupunktur registriert werden.
Hintergrund: Die Intima-Media-Dicke der A. carotis communis (cIMT) ist als Biomarker für asymptomatische Atherosklerose bekannt und mit sowohl Gesamt- aus auch kardiovaskulärer (CV) Mortalität assoziiert. Eine größere cIMT wird von einem kompensatorischen Anstieg des Lumendurchmessers der Aa. carotides communes (LD) begleitet. Es ist nicht geklärt, welcher der beiden Parameter mehr Informationen zur Mortalität liefert.
Methoden und Ergebnisse: Es wurden 2.751 Studienteilnehmer eingeschlossen (Alter: Median 53 Jahre, 52% weiblich). In der Nachverfolgungszeit im Median von 14,9 Jahren (12,8 – 16,5 Jahre) starben 506 Teilnehmer. In einer Ausgangsuntersuchung wurden cIMT und LD mittels Ultraschalluntersuchung vermessen. Mithilfe multivariabler Cox-Regressionsmodelle wurden cIMT, LD, LD adjustiert auf cIMT (LD + cIMT) und das LD/cIMT-Verhältnis mit CV-Morta-lität und Nicht-CV-Mortalität verglichen. Die Modelle wurden mittels Akaike-Informationskri-terium (AIC) eingestuft. Die Vorhersagekraft der Modelle zur Mortalität wurde mit Harrell’s-C-Statistik verglichen.
Ein Anstieg des LD um einen Millimeter war mit einer größeren Gesamt-Mortalität assoziiert (HR 1,29; 95%-Konfidenzintervall [KI] 1,14 – 1,45; p < 0,01) und blieb nach Adjustierung auf cIMT signifikant (HR: 1,26; 95%-KI: 1,11 – 1,42; p < 0,01). Ein gleicher Anstieg der cIMT war mit einem erhöhten Risiko für Gesamtmortalität verbunden (HR: 1,73; 95%-KI: 1,09 – 2,75). Das LD/cIMT-Verhältnis und die Gesamtmortalität waren nicht assoziiert. Der LD zeigte bezüglich Gesamtmortalität das niedrigste AIC und verbesserte deren Vorhersage im Vergleich mit dem Null-Modell (p = 0,01). Verglichen mit dem LD lieferte die cIMT eine schwächere Vorhersagekraft der Gesamtmortalität.
Schlussfolgerung: In dieser großen populationsbasierten Studie liefert der LD mehr Informationen zur Gesamtmortalität als die cIMT.
Mass spectrometry-based Proteome analysis of porcine cells infected with African swine fever virus
(2023)
ASFV, a highly contagious, pathogenic and lethal pathogen of swine, poses a major threat to domestic and wild suids worldwide as neither vaccines nor treatments are available. Compared to other well-characterized similarly complex viruses like herpesviruses or adenoviruses, the understanding of ASFV biology is poor.
To improve the understanding of ASFV biology, following the establishment of a robust protocol for the isolation of primary monocyte-derived porcine macrophages (moMΦ) and their infection with ASFV for mass spectrometry (MS)-based proteome analysis was performed.
Under both conditions, naïve and infected, the isolated cells showed cell type-specific characteristics like phagocytosis and antigen presentation and protein expression patterns, including the expression of swine leucocyte antigens and CD markers. Furthermore, moMΦ could be reproducibly infected with ASFV isolates of different genotypes and pathogenicity.
The ASFV protein expression patterns in moMΦ correlate well with those observed in established cell lines at transcript and protein level. The expression of 27 ASFV proteins was confirmed at the protein level. Among them, 9 members of multi-gene families (MGF) and 12 novel open reading frames (nORFs) were recently predicted based on transcription start site mapping.
The direct comparison of closely related ASFV genotype II isolates revealed no virulence-associated protein expression patterns beyond those expected based on the genome sequences of the isolates.
Using different MS quantification strategies, it was shown that ASFV affects both static protein expression levels and protein synthesis. These changes in protein expression impact proteins and pathways known to be targeted by ASFV, including CD-markers, ER-stress and cell death pathways, and cellular antiviral responses. Beyond these observations that further validated the moMΦ infection model, novel effects of the ASFV infection on the cellular proteome were noticed.
These effects include the decreased expression levels of cathepsins, especially cathepsins D (CTSD), H (CTSH) and L (CTSL) as well as the transient activation of MAPK14/p38 prior to its strong downregulation. In addition to MAPK14/p38 further members of the MAPK14/p38 signaling pathway, like MAPKAPK2, were affected by ASFV infection.
As these modulations of the cellular proteome would in general result in decreased pro-inflammatory responses, it did stand out that the synthesis of interferon-response related genes including MX1 and ISG15 evaded the ASFV-induced global reduction of protein synthesis. In contrast, the synthesis of genes involved in RNA processing and splicing was significantly impaired. In total, the regulations of individual host proteins assessed in the context of the whole cellular proteome integrate well with each other and other cellular responses to ASFV infection and may help to improve the understanding of host-virus interactions.
Overall, this thesis provides novel insights into the expression of ASFV-encoded ORFs of different isolates and the host response to ASFV infection. It points out that the current knowledge of the ASFV coding capacity, temporal protein expression patterns, protein functionality, post-translational modifications and host interactions is still sketchy as many aspects of ASFV replication have yet to be understood. The established moMΦ-model to study ASFV infections in vitro provides a powerful tool for future applications to increase the understanding of ASFV biology.
Im Jahr 2020 wurden die 50-häufigsten Operationen insgesamt 15.823.464-mal durchgeführt und das entspricht rechnerisch ca. einer Operation auf fünf Einwohnern in Deutschland. Bei jeder dieser Operationen ist die Blutungsstillung eine therapeutische Notwendigkeit. Intraoperativ wird dafür häufig die Elektrokauterisierung verwendet, die aber mit einem Risiko der Nachblutung, Perforation und Gewebezerstörung einhergeht. Eine neue Variante zum Blutungsmanagement kann kaltes physikalisches Plasma (Gas-Plasma) darstellen. Dies ist ein energiereiches Gas, welches durch verschiedene Mechanismen, wie Temperatur, angeregte chemische Spezies, UV- und Wärmestrahlung, wechselwirkt. Es wurden in-vitro Untersuchungen an menschlichem Blut durchgeführt, um einen Wirkungsmechanismus von Gas-Plasma zu demaskieren.
In der vorliegenden Arbeit wurde festgestellt, dass ein Großteil der Thrombozytenaktivierung durch Gas-Plasma (ca. 55 %) auf eine Lyse der Erythrozyten zurückzuführen ist. Die Hämolyse wurde spektroskopisch nachgewiesen und in Abhängigkeit von der Behandlungszeit quantifiziert. Die Thrombozyten reagieren mit einer PI3K/Akt/p38-vermittelten Signalkaskade, welche schließlich zu deren Aktivierung führt. Bei der Signaltransduktion wurde eine Bedeutung von intrazellulären ROS und eine Hyperpolarisation der Mitochondrien der Thrombozyten festgestellt. Die Signaltransduktion kann über den Einfluss von ADP auf den P2Y12-Rezeptor erklärt werden. Es wurde ein auf künstliche Intelligenz basierender Auswertungsalgorithmus angewandt, welcher den Nachweis von vermehrten Thrombozytenaggregaten nach Applikation von Gas-Plasma erbrachte. Gas-Plasma wirkt über eine Vielzahl an reaktiven Spezies und ein alleiniger Einfluss von Wasserstoffperoxid, hypochloriger Säure und Superoxidanionen scheint unwahrscheinlich. Die Erklärung der Hämolyse wurde auf Singulett-Sauerstoff und Ozon zurückgeführt. Daneben kann NO direkt auf Thrombozyten wirken. Es wurde die erste Messung der oberflächlichen Temperatur einer Flüssigkeit bei Behandlung mit Gas-Plasma vollzogen. Dabei wurde eine geringe Änderung der Temperatur festgestellt. Weiterhin wurde der Einfluss der Evaporation als gering gewertet. Da die Anwendung von Gas-Plasma körpereigene Gerinnungsmechanismen beschleunigt, desinfizierend wirkt und nebenwirkungsarm ist, besitzt Gas-Plasma großes klinisches Potential im Bereich der chirurgischen Blutgerinnung.
Diese Arbeit war Teil eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten interdisziplinären Forschungsnetzwerks (#1HealthPREVENT) und stellte eine einmalige peri-operative antibiotische (Penicillin/Gentamicin (P/G)) Prophylaxe (PAP) im Zuge eines operativen Eingriffs nach diagnostizierter Kolik beim Pferd der bislang üblichen fünf-Tage-Antibiose gegenüber, mit dem Ziel den Einfluss der PAP auf die Häufigkeit von (engl.) Extended Spectrum β-Lactamase produzierenden Escherichia coli (ESBL-EC) und die Veränderungen im enteralen Mikrobiom der Pferde zu untersuchen und zur Verbesserung des sorgfältigen Einsatzes von Antibiotika in der Veterinärmedizin beizutragen. Die per Los jeweils einer der zwei Gruppen („single shot“ Gruppe (SSG); „5 days“ Gruppe (5DG)) zugeordneten Pferde wurden dafür jeweils an drei verschiedenen Zeitpunkten (Klinikaufnahme (t0), Tag 3 (t1) und Tag 10 (t2) postoperativ) beprobt (Kotproben und Nüsternabstriche). Zusätzlich zur Gruppe der hospitalisierten Pferde wurde auch eine nicht-hospitalisierte Kontrollgruppe ohne klinische Auffälligkeiten einbezogen. Alle Proben wurden hinsichtlich positiver ESBL-EC untersucht und die identifizierten Isolate phänotypisch (durchgeführt vom Institut für Mikrobiologie und Tierseuchen, Freie Universität Berlin) und genotypisch charakterisiert. Unabhängig vom P/G PAP-Schema stieg für die Pferde die Wahrscheinlichkeit von t0 zu t1 sowie von t0 zu t2 an, positiv für ESBL-EC zu sein. Die Ganzgenom-Sequenzierung der Isolate ergab außerdem eine enge räumliche und zeitliche Beziehung zwischen Isolaten mit gemeinsamen Sequenztypen, was auf eine lokale Ausbreitung hindeutete. Die 16S rRNA-Gen Sequenzierung der Kotproben (durchgeführt vom Institut für Klinische Molekularbiologie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel) zur Untersuchung der Veränderungen im enteralen Mikrobiom zeigte nach der bioinformatischen Aufbereitung (durchgeführt von Silver Anthony Wolf, Robert Koch-Institut) und Fach-übergreifenden Analyse eine Beeinträchtigung in der Zusammensetzung der fäkalen Mikrobiota (Alpha-Diversität) für Pferde mit akuter Kolik im Vergleich zur Kontrollgruppe, welche jedoch nicht signifikant war. Die mikrobielle Gesamtkomposition der untersuchten Proben (Beta-Diversität) wies vor allem für die 5DG an t1 erhebliche Einschränkungen auf, was höchstwahrscheinlich auf die fortlaufende Verabreichung von Antibiotika zurückzuführen war. In beiden Studiengruppen wurde zudem an t1 eine erhöhte Abundanz von Enterobacteriaceae, insbesondere Escherichia, festgestellt. Insgesamt wiesen die Ergebnisse dieser Arbeit einen starken Einfluss des Krankenhausaufenthaltes an sich auf, vor allem auf die ESBL-EC-Isolationsraten, wodurch möglicherweise Unterschiede zwischen den verschiedenen PAP-Behandlungen überdeckt wurden. Trotzdem stellen die in dieser Studie gesammelten Ergebnisse und gewonnenen Erkenntnisse einen ersten wichtigen Schritt in der Etablierung von Antibiotic Stewardship-Programmen in Pferdekliniken dar und könnten somit einen langfristigen Einfluss auf die lokale Verbreitung von ESBL-EC haben.
Hintergrund
Zu Beginn des Covid-19-Pandemiegeschehens wurde die ambulante Patientenversorgung deutschlandweit vor große Herausforderungen gestellt. Insbesondere die mangelnde Verfügbarkeit von Schutzausrüstung und eine vermutete Überforderung des ambulanten und stationären Sektors machten die Entwicklung alternativer Versorgungsmodelle notwendig.
Auf Aufforderung der Landesregierung wurde von der Universitätsmedizin Greifswald eine sogenannte Fieberambulanz für Patienten mit möglichen Symptomen einer Covid-19-Infektion eingerichtet, die nicht telefonisch abgeklärt werden konnten.
Methoden
Es handelt sich um eine Mixed-Methods-Studie.
Im quantitativen Teil der Studie erfolgten die Auswertung des Konsultationsanlasses, der Symptome sowie Beratungsergebnisse mit einem selbst entwickelten Fragebogen. Einnahmen und Ausgaben der Fieberambulanz wurden erfasst.
Retrospektiv wurden leitfadengestützte Experteninterviews mit den hauptverantwortlichen Mitarbeitern der Fieberambulanz Greifswald, sowie niedergelassenen Ärzten und Vertretern aus den Bereichen Hygiene, sowie der Kassenärztlichen Vereinigung MV und dem Landkreis Vorpommern-Greifswald geführt.
Ergebnisse
Es gelang innerhalb von zehn Tagen, die Fieberambulanz in den Räumlichkeiten einer Berufsschule aufzubauen. Besondere Herausforderungen, die in den Interviews beschrieben wurden, waren die Organisation von Logistik und Personal, Klärung der Verantwortlichkeiten, Kostenträgerschaft und Abrechnung. Es wurden Grenzen und Schwächen der Fieberambulanz aufgezeigt, sowie alternative Versorgungsmodelle in den Interviews diskutiert.
Im Zeitraum vom 08.04.-11.05.2020 wurden insgesamt 107 Konsultationen durchgeführt (53 % weiblich, Ø42 Jahre), bei deutlich mehr telefonischen Anfragen. Die häufigsten Diagnosen waren akute Bronchitis (43%), obere Atemwegsinfekte (28%) und Fieber (8,4%).
In 42 Fällen wurde ein Nasen-Rachen-Abstrich durchgeführt. Schwerere Erkrankungen wie eitrige Tonsillitiden oder Asthma Exazerbationen wurden in <10% der Fälle diagnostiziert. Covid-19-Neuinfektionen wurden nicht nachgewiesen. Eine kosteneffiziente Auslastung konnte nicht erreicht werden.
Schlussfolgerung
Die Fieberambulanz wurde zu Pandemiebeginn als Anlaufstelle für Unsicherheiten im Umgang mit dem Infektionsgeschehen genutzt, als viele Versorgungssituationen noch ungeregelt waren. Sie erwies sich aber rückblickend bei niedriger Inzidenz als unwirtschaftlich und nicht notwendig. Der Großteil der Patienten konnte weiterhin hausärztlich betreut werden.
Statistical Methods and Applications for Biomarker Discovery Using Large Scale Omics Data Set
(2023)
This thesis focuses on identifying genetic factors associated with human kidney disease progression, with three articles presented. Article I describes the identification of loci associated with UACR through trans-ethnic, European-ancestry-specific, and diabetes-specific meta-analyses. An approximate conditional analysis was performed to identify additional independent UACR-associated variants within identified loci. The genome-wide significance level of 𝛼=5×10−8 is used for both primary GWAS association and conditional analyses. However, unlike primary association tests, conditional tests are limited to specific genomic regions surrounding primary GWAS index signals rather than being applied on a genome-wide scale.
In article II, we hypothesized that the application of 𝛼=5×10−8 is overly strict and results in a loss of power. To address this issue, we developed a quasi-adaptive method within a weighted hypothesis testing framework. This method exploits the type I error (𝛼=0.05) by providing less conservative SNP specific 𝛼-thresholds to select secondary signals in conditional analysis. Through simulation studies and power analyses, we demonstrate that the quasi-adaptive method outperforms the established criterion 𝛼=5×10−8 as well as the equal weighting scheme (the Sidak-correction). Furthermore, our method performs well when applied to real datasets and can potentially reveal previously undetected secondary signals in existing data.
In article III, we extended our quasi-adaptive method to identify plausible multiple independent signals at each locus (a secondary signal, a tertiary signal, a signal of 4th, and beyond) and applied it to the publically available GWAS meta-analysis to detect additional multiple independent eGFR-associated signals. The improved quasi-adaptive method successfully identified additional novel replicated independent SNPs that would have gone undetected by applying too conservative genome-wide significance level of 𝛼=5× 10−8. Colocalization analysis based on the novel independent signals identified potentially functional genes across the kidney and other tissues.
Overall, these articles contribute to the understanding of genetic factors associated with human kidney disease progression and provide novel methods for identifying secondary and multiple independent signals in conditional GWAS analyses.
Einfluss der Layerhöhe im FFF-Druck auf die Kraftapplikation durch Aligner - in vitro Untersuchung
(2023)
Zusammenfassung der Dissertation
Vor dem Hintergrund der In-Office-Alignerherstellung beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit der Fragestellung, inwiefern die Layerhöhe im FFF-Druck Einfluss auf die Oberflächengüte der Modelle sowie auf die Kraftabgabe der darauf tiefgezogenen Aligner hat.
Intention des ersten Teils war es, herauszufinden, ob es im Wechselspiel zwischen Druckgeschwindigkeit und Oberflächenqualität eine optimale Layerhöhe im FFF-Druck gibt. Des Weiteren wurde der Einfluss des Druckmaterials (Lignin basiertes Biopolymer und Polylactid basiertes Biopolymer) auf die Oberflächengüte untersucht. Im zweiten Teil sollte eruiert werden, welchen Effekt die Layerhöhe auf die Kraftabgabe des Aligners hat. Neben dem Parameter Layerhöhe wurden die Faktoren geplanter Setupschritt, Alignerdicke sowie Zahnbewegungsart, und ihre Auswirkungen auf die resultierenden Kräfte der Aligner untersucht.
Für den ersten Teil wurden, basierend auf einem randomisiert ausgewählten Oberkieferteilmodell, 18 Modelle mittels FFF jeweils in neun verschiedenen Layerhöhen (50,0 µm, 80,9 µm, 100,0 µm, 150,0 µm, 160,8 µm, 200 µm, 250 µm, 300 µm, 332,6 µm) aus jeweils zwei verschiedenen Materialien (das Polylactid PLA NX2 und das Lignin basierte Biopolymer Green-TEC PRO) gedruckt. Als Kontrollgruppe fungierten 2 DLP hergestellte Oberkieferteilmodelle mit einer Layerhöhe von 20 µm. All diese physischen Modelle wurden nachfolgend digital gescannt und mit 3D-Überlagerungsmesstechnik via GOM Inspect Software bezüglich ihrer Oberflächengüte verglichen. Um den Einfluss der Layerhöhe FFF gedruckter Modelle auf die Kraftübertragung von Alignern zu untersuchen, wurden im zweiten Part an einem randomisiert gewählten, digitalen Oberkiefermodell mittels OnyxCeph3™Lab Software folgende Bewegungen für den zweiten linken Oberkieferprämolaren virtuell in je 0,1mm-Setup-Schritten geplant: Bukkaltorque (0,1 mm - 0,5 mm), Distalisation (0,1 mm - 0,4 mm), Extrusion (0,1 mm - 0,4 mm) und Rotation (0,1 mm - 0,5 mm). Nachfolgend wurden mittels FFF 91 physische Oberkiefermodelle gedruckt, eines für jeden Setup-Schritt und jede Layerhöhe (100 µm; 150 µm, 200 µm, 250 µm, 300 µm). Mithilfe der 3D-gedruckten Modelle wurden im Tiefziehverfahren 192 Aligner gefertigt in jeweils zwei Schichtstärken (0,5 mm, 0,75mm). Die Messapparatur bestand im Wesentlichen aus einem Oberkieferacrylmodell mit separiertem zweiten Oberkieferprämolaren, welcher mit einem Sensor verbunden war. Dieser erfasste die vom aktiven Aligner übertragenen initialen Kräfte und Drehmomente. Zur Evaluation des Einflusses der untersuchten Parameter Layerhöhe, Alignerdicke, Setupschritt und Bewegungsart, diente ein verallgemeinertes lineares Modell mit der Gammafunktion.
Das im ersten Teil angewandte Messverfahren, die 3D-Überlagerungtechnik, wies laut Intraklassen -Korrelationskoeffizient (ICC) und Methodenfehler nach Dahlberg eine exzellente Reliabilität auf. Bei Lignin basierten FFF Modellen nahm die Oberflächengüte im Bereich von 100 µm bis 332,6 µm mit steigender Layerhöhe ab. Unterhalb von 100 µm zeigte sich jedoch kein weiterer Gewinn an Genauigkeit, sondern im Gegenteil, ein weiterer Verlust an Modellgenauigkeit mit abnehmender Layerhöhe. Im Vergleich wiesen die Lignin-basierten Biopolymer-Modelle durchweg eine bessere Oberflächengüte als die Polylactid basierten Modelle auf, und konnten bei einer optimalen Layerhöhe von 100 µm sogar mit der Präzision der DLP geduckten Modelle der Kontrollgruppe mithalten. In dem zweiten Teil der Untersuchung zeigten die Parameter Alignerdicke und Setupschritt einen signifikanten Einfluss auf durch Aligner abgegebene initiale Kräfte bzw. Drehmomente. Die Parameter Zahnbewegungsart und Layerhöhe waren nicht signifikant. Allerdings wurde bei einer Layerhöhe von 150 µm ein optimales Kraftniveau mit geringster Streuung bei den untersuchten Alignern verzeichnet.
Die Ergebnisse des ersten Teils der Untersuchung zeigten, dass die Oberflächengüte im FFF-Druck regulierbar durch die Layerhöhe ist, darüber hinaus jedoch weitere Faktoren, wie beispielweise das Druckmaterial, eine Rolle spielen. Weiterhin stellt die FFF-Technologie eine genaue, kosteneffektive und nachhaltige Technologie zur Herstellung von Aligner-Modellen in der kieferorthopädischen Praxis dar. Beide Untersuchungen zeigen, dass es keinen erkennbaren Vorteil gibt, FFF-Dentalmodelle in besonders niedrigen Layerhöhen zu drucken, da daraus exponentiell höhere Druckzeiten entstehen, ohne vergleichbar bessere Kraftabgabe der kieferorthopädischen Aligner. Bei zu hohen Layerhöhen, jedoch, wird die Streuung der von den Alignern emittierten Kräften größer, demzufolge die Kraftabgabe unvorhersehbarer. Ein Kompromiss, welcher klinische Vorteile der adäquaten Kraftübertragung durch Aligner und wirtschaftliche Vorteile durch effiziente Druckzeiten vereint, stellt eine Optimum-Layerhöhe von 150 µm für FFF-Modelle für die In-Office-Alignerherstellung dar.
Antimicrobial resistance (AMR) is of paramount importance in the context of One Health, an integrated and unifying approach that aims to achieve a sustainable balance in the well-being of people, domestic and wild animals, plants, and their shared environments. Whenever bacteria become resistant to the therapeutic effects of antibiotics, they can cause infections that are difficult to treat effectively, increasing the risk of severe disease progression and death. Although AMR can develop naturally over time and is per se “ancient”, the excessive use of antibiotics in human and veterinary medicine over the past century has significantly accelerated its emergence and spread. Opportunistic Gram-negative enterobacteria, particularly Escherichia coli (E. coli ) and Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) strains, increasingly exhibit resistance to multiple classes of clinically used antibiotics, thus presenting multidrug-resistant (MDR) phenotypes. To make matters worse, some of these strains combine multidrug resistance with high-level virulence, posing a threat to both immunocompromised and healthy individuals. Consequently, MDR E. coli and K. pneumoniae have been designated as high-risk pathogens by the World Health Organization, underscoring the urgent need for new antibiotic development.
This thesis is motivated by the fact that only a limited number of international high-risk clonal E. coli and K. pneumoniae lineages stand out across all One Health dimensions and dominate the broad pool of MDR enterobacteria. While we only know little about the underlying drivers and contributing factors impacting their occurrence, emergence, and adaptation across different ecologies, this thesis employs a diverse range of bioinformatics and phenotypic approaches to identify the key factors important for the success of these lineages, also in rather under-explored settings. It includes three main components: (i) the analysis of genomic survey data of MDR E. coli isolates from ecologies in sub-Saharan Africa, (ii) the application of functional genomics and phenotyping techniques to characterize bacterial virulence and assess its clinical relevance in a food-borne E. coli strain, and (iii) the investigation of evolutionary pathways that promote the development of resistance to a novel drug combination and exploring compensatory mechanisms in a K. pneumoniae strain. To achieve these objectives, this research integrates genomics and transcriptomics with molecular biology and functional studies encompassing a comprehensive set of in vitro and in vivo virulence and resilience assays to explore MDR bacteria in-depth.
We provide compelling evidence for the broad occurrence of successful high-risk clonal lineages in the One Health context and their circulation among clinics, wildlife, and food in international locations. In the first study, we isolated extended-spectrum β-lactamase (ESBL)-producing E. coli strains from houseflies collected from various wards at the University Teaching Hospital of Butare (Rwanda). In a follow-up study, we then examined in-depth the genomes of additional ESBL-producing E. coli from the same clinic and obtained from hospitalized patients, their caregivers, associated community members, and pets. The analyses revealed that the sample sets from this sub-Saharan African context consisted predominantly of globally recognized E. coli lineages, including sequence types (ST)131, ST167, ST410, and ST617. They play a pivotal role in the further dissemination and stabilization of AMR across diverse habitats within the One Health context. Moreover, our genomic results emphasize that these One Health-related high-risk clonal lineages exhibit the ability to successfully combine multidrug resistance with high-level bacterial virulence.
To gain a more detailed understanding of the sophisticated interplay of virulence and AMR, we developed and refined a set of in vitro and in vivo methods for virulence phenotyping. These methodologies enabled us to characterize pathogens based on crucial clinical aspects such as biofilm formation, siderophore secretion, resistance to complement-mediated killing, and their capacity to cause mortality in Galleria mellonella larvae. By using a food-borne E. coli strain from an internationally recognized high-risk clonal lineage, we verified the remarkable combination of a MDR phenotype with clinically significant virulence properties, including synthesis of curli fibers and cellulose as part of biofilm formation, extensive secretion of siderophores, resilience against complement-containing human serum and pronounced mortality in the infection model.
Nevertheless, the success of One Health-related high-risk clonal lineages does not rely solely on an “ideal” synergistic interplay between bacterial virulence and AMR. It also depends on their ability to rapidly mitigate the fitness costs associated with AMR acquisition, as these costs manifest in the form of reduced competitiveness and virulence in the absence of antibiotics. However, this is at odds with the observation of the global distribution of One Health-related high-risk clonal lineages across various One Health dimensions, even in environments with expectedly low selection pressures. To comprehensively address this, we conducted experimental evolution studies selecting for ceftazidime-avibactam-resistant mutants, which illuminated the rapid adaptations to changing environments. The adaptations and compensatory mechanisms were seemingly driven by major bacterial regulators, including the envelope stress response regulator RpoE on genomic and transcriptomic levels.
In conclusion, the results of this thesis shed light on the fundamental principles that govern the character and interplay between AMR and bacterial virulence and advance our understanding of the contributors and drivers of successful MDR international high-risk clonal lineages in the One Health context. This is also important for effective and alternative intervention strategies to prospectively further address the global threat of AMR.
Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die wirtschaftshistorischen Entstehungs- und Entwicklungsprozesse des Genossenschaftsbankwesens im Baltikum bis zum Zweiten Weltkrieg zu untersuchen und zu vergleichen. Dabei werden die Einflussfaktoren der wirtschaftshistorischen Entstehungs- und Entwicklungsprozesse der Genossenschaftsbanken in den jeweiligen Ländern herausgearbeitet und analysiert.
Die genossenschaftliche Entwicklung in den baltischen Gebieten begann in den 1860er Jahren zu einer Zeit, in der die drei Staaten Estland, Lettland und Litauen nicht in ihrer heutigen Form existierten, sondern in Gouvernements aufgeteilt dem Russischen Zarenreich angehörten. Die genossenschaftliche Idee verbreitete sich trotz erheblicher Widerstände in den baltischen Gebieten des Russischen Reichs. Noch vor dem Ersten Weltkrieg bestand ein weitläufiges Netz aus Genossenschaftsbanken. Nach dem Ersten Weltkrieg erklärten die baltischen Länder ihre Unabhängigkeit. Die drei landwirtschaftlich geprägten Republiken Estland, Lettland und Litauen stellten aufgrund verschiedener Faktoren eine vorteilhafte Struktur für die Verbreitung des Genossenschaftswesens dar. Trotz der Weltwirtschaftskrise der 1930er Jahre und des Übergangs der Republiken zu autoritären Regierungen etablierte sich ein starkes Genossenschaftsbankwesen, obgleich sich die Gegebenheiten durch die staatliche Einflussnahme gravierend veränderten. Bis zur Inkorporation der baltischen Staaten in die Sowjetunion im Zuge des Zweiten Weltkriegs und der damit einhergehenden Liquidation des Genossenschaftsbankwesens gehörten die baltischen Länder zu den am meisten kreditgenossenschaftlich entwickelten Ländern der Welt.
Das Neuroblastom (NB) stellt als Tumor des sympathischen Nervenstranges den häufigsten extrakraniellen soliden Tumor des Kindesalters dar. Ein Bedarf innovativer Therapien, welche eine effektive Anti-Tumorantwort induzieren, ergibt sich aus dessen heterogener Charakteristik, höchst aggressivem Wachstum und trotz Therapien hohen Rezidivraten der high-risk-Patient*innen. In den letzten Jahren konnten durch zunehmende Erkenntnisse im Bereich der Tumor- immunologie verschiedene immuntherapeutische Verfahren etabliert werden. So stellt die Anti-GD2-Therapie (ch14.18/CHO) einen zentralen klinischen Pfeiler der multimodalen Therapie des high-risk-NB dar. Hierbei werden Anti-GD2-AK verab- reicht, die das NB-spezifische Antigen GD2 erkennen, was zur gezielten Aktivierung des körpereigenen Immunsystems hauptsächlich durch NK-Zellen mit anschlie- ßender Tumorzelllyse führt. Herausforderungen ergeben sich aus der Überwindung der immuninhibitorischen Tumorumgebung sowie der Reduzierung natürlicher Regulationsmechanismen.
Vorherige Arbeiten der Arbeitsgruppe haben eine Anti-GD2-Immuntherapie abhängige Induktion des Immuncheckpoints PD-1/PD-L1 sowie der regulatorischen myeloiden CD11b+-Zellen (MRC) gezeigt. Für die vorliegende Arbeit war nun die Rolle der CD11b+ MRC von besonderem Interesse. Hierfür wurden CD11b+ Zellen in einem syngenen NB-Mausmodell mittels Anti-CD11b-AK blockiert oder durch 5-FU selektiv depletiert, was zu einem deutlich reduzierten Tumorwachstum und verbessertem Überleben führte. Zusätzlich wurde mittels RT-PCR die relative Gen- expression MRC-modulierender Gene (Arg1, CCL2, GM-CSF, IDO, IFNγ, IL-1β, IL-4, IL-6, IL-6R, IL-8, IL-10, M-CSF, M-CSFR, iNOS, TGF-β1 und VEGF-A) in der Tumormikroumgebung sowie der Milz evaluiert. Hier wurde eine Reduktion der modulierenden Gene nicht nur in der Tumormikroumgebung, sondern sogar peri- pher durch die Depletion von MRC nachgewiesen. Somit konnte eine negative Rolle der MRC beim NB bestätigt werden.
Diese Ergebnisse stellten eine Grundlage für die kombinierte Immuntherapie aus Anti-GD2-AK und MRC-Depletion dar. Eine Steigerung der antitumoralen Wirksam- keit im Vergleich zu den entsprechenden Monotherapien wurde gezeigt. Dabei wurden eine verbesserte Überlebenswahrscheinlichkeit und ein reduziertes Tumor- wachstum festgestellt. Die vorliegenden Ergebnisse liefern daher die Grundlage für einen neuartigen kombinierten Therapieansatz, um die immer noch schlechten Überlebenschancen der high-risk-Patient*innen zu verbessern.
In this thesis, I was able to provide answers to transport processes in lipid monolayers, which are ultimately, all of biological relevance. In particular, I was interested in lipid oxidation and dynamic compression/expansion processes of surfactant monolayers at the air-water interface:
Lipid oxidation was shown to be a consequence of the formation of a high concentration of reactive oxygen species (ROS) during cell respiration, which finally can lead to severe cell damage. It is not yet understood clearly, which part of the lipid molecules is especially prone to a ROS attack. I was particularly interested in the role of the double bonds of the acyl chains of the lipid molecules during oxidation. Further, I wanted to know the time scales of lipid interaction with the ROS.
Compared to lipid vesicles, lipid monolayers have the advantage that many parameters of the system can be adjusted easily. In our system, I made use of this by setting the lateral pressure to low values during H2O2 treatment, which facilitated the ROS to reach the double bonds in the acyl chains.
A prime example of biological systems out of thermal equilibrium was given in the alveolus surface, which is covered with a surfactant monolayer. During breathing, these monolayers undergo such a highly dynamic compression and expansion. Arising flows from breathing could disrupt a film and consequently, it would lose its protective role. One of my goals was to understand flows and their influence on domain shape. Dependent on the strength of the flows, I expected different growth regimes, with differing prevailing transport processes. Once understanding the underlying mechanisms in domain shaping would allow me to draw conclusions on biological systems.
In order to address these questions, I established two systems, both based on the compression of lipid monolayers. I used isotherms to study the phase behavior of the lipids:9 During compression, the lipids can undergo phase transitions from the gaseous phase to the liquid expanded phase (LE-phase) and further from the LE-phase to the liquid condensed phase (LC-phase). A coexistence regime is observed in between the LE-phase and the LC-phase, characterized by a flat increase of lateral pressure with decreasing molecular area. Some lipids exhibited LC-phase domains. These were further investigated with Brewster angle microscopy (BAM). The used BAM was equipped with an integrated Scheimpflug optics, enabling an overall focused image plane. Furthermore, time-resolved observation of the growth of the domains was possible by recording videos (20 frames per seconds).
The first system enabled the investigation of lipid peroxidation, when the lipids were exposed to ROS. I chose DMPC, POPC, DOPC and PLPC, since these are phospholipids differing in the number and position of double bonds in acyl chains, but not in the head group. I used a H2O2 enriched phosphate buffered saline (PBS) solution, which served as a precursor for more reactive ROS, like hydroxyls (.OH). PBS was chosen, since it resembles the cell environment best. During defined waiting times of H2O2 treatment, the ROS diffused vertically from the subphase towards the monolayer. The lipid molecules were in the LE-phase, which facilitated the ROS molecules to reach also the double bonds of the acyl chains. The oxidized monolayers were then compressed at constant compression speed. Since the corresponding isotherms could be measured with high precision, the relative area increase δA/A between oxidized and non-oxidized monolayer along the isotherm proved to be a good measure for lipid peroxidation. The area increase δA in the molecular area of the oxidized molecules was explained by the eventually added, more hydrophilic −OOH group at the position of a carbon atom adjacent to a double bond in the unsaturated acyl chain. The −OOH group is drawn to the hydrophilic head group of the lipid. This leads to a kink in the acyl chain, which increases the molecular area A by δA. A model, which explained this peroxidation process in lipid vesicles, could be adopted to monolayers.
I compared the oxidation of phospholipids, differing in the number and position of the double bonds of their acyl chains. I found that δA/A increased with the growing number of double bonds in one acyl chain. However, a comparison of DOPC with POPC also showed the importance of the position of the acyl chain. I determined a slow reaction kinetic. It could be estimated by a √t dependence of the number density N_surface, which denominates the ROS sticking on the monolayer. The transport of ROS towards the monolayer was found to be diffusive, because it was the slowest process in the reaction. This interpretation was reinforced by a comparison of the temperature dependence of the relative area increase δA/A with the Stokes-Einstein diffusion coefficient of water molecules. The initial ROS concentration c_0 in the trough could be traced back (c_0~ 50 nM), which is indeed a realistic value found in human cells.
Concluding, our results can be understood as a feasibility study. The complexity of the monolayer can be arbitrarily increased, for example by the addition of proteins, allowing the investigation of other oxidative processes occurring in the cell membrane.
The second system allowed the investigation of growth of LC domains during fast compression processes of monolayers. I chose erucic acid monolayers, due to its low line tension and a continuous nucleation phase, enabling the formation of fractal domains. The monolayers were investigated with isotherms and BAM videos. Since v_C (compression speed of the monolayer) was continuous over the whole compression time, I had a system with well-defined hydrodynamic conditions. This allowed me a complete analysis of the system, starting with descriptive features of the observed domains to a classification of the observed growth regimes by means of hydrodynamic theory, through to the distinction and quantification of different kind of flows and supersaturations, involving Ivantsov theory:
Dependent on the compression speed v_C, I observed seaweed or dendritic domains. The LE/LC phase transition pressure pi_t was slightly increased compared to pi_inf of the equilibrium isotherm. A high compression speed v_C induced a supersaturation Δc. I introduced the excess lateral pressure Δpi=pi-pi_inf as an appropriate quantity to describe the supersaturation Δc. I showed a linear behavior of Δc on Δpi. Δc is a macroscopic quantity since it is averaged over the whole monolayer area. I characterized the domains of the seaweed and dendritic regime with respect to tip radii, branch lengths, side branch separations and fractal dimensions. I calculated the growth speed of the main branches. A roughly doubling of the growth speed of dendritic domains, compared to seaweed domains was observed. This was an evidence of adjunctive (Marangoni) flow in the subphase.
For each monolayer, I observed drifts during domain growth, which I explained by an anisotropy in the LE-phase, caused by the continuous nucleation of the domains. These kind of surface flows were superimposed to bulk flows in the subphase. Since I had a well established system, I could analyze the influence of these surface flows on domain shape, in terms of magnitude, direction and duration of the surface flows. I therefore used FFT spectra and directionality histograms. At low flows, the FFT showed six-fold symmetry. Higher drifts exhibited incisions in the FFT, eventually leading to dumbbell shaped FFTs at very high drifts. The domains grew preferentially in the direction parallel to the incision.
I used directionality histograms to analyze the angular distribution of the growing domains. They showed that the drift direction always correlated with a minimum in the histogram. In order to analyze drift duration, I split the domain in downstream and upstream side. I could show that for small drift durations, downstream growth was preferred. However, for longer drift durations, the flows got more isotropic and consequently growth was more balanced then.
I could observe only a weak correlation between drift velocity v_D and compression speed v_C. However, dendrites were formed when the compression speed v_C was high, while seaweed domains were formed when v_C was small. Domain distortion occurred in the same way, independent if seaweed or dendritic domains were considered. I further showed that hydrodynamic flows in the subphase and surface flows are superimposed and scale differently. Consequently, they have different impact on domain shape: hydrodynamic flows act on μm scale and influence the domain morphology (distance between side branches, and tip radius) and the growth speed of the main branches. Surface flows act on the mm to cm scale, cause an anisotropic flow in the LE phase surrounding the domain, and thus affect the overall domain shape.
The anisotropy in the LE-phase led to a locally different degree of supersaturation. To take this into account, I introduced a local normalized supersaturation Δ, based on the Ivantsov solution. Therefore, I calculated Péclet numbers p of measured quantities of the system. I obtained values of 0.88 ≤Δ≤0.90 for the seaweed regime (p<5) and 0.93 ≤Δ≤0.96 for the dendritic regime (p>6). Since the Ivantsov solution can only be applied for purely diffusive processes, I applied a modified Ivantsov solution Δ_mod, which calculates Δ at a distance 𝛿 ahead of the dendrite tip. I was able to determine the progression of the diffusive layer 𝛿, however a quantitative determination failed.
Applying hydrodynamic theory allowed me to classify the two growth regimes with respect to the Boussinesq number Bq. Since for both growth regimes, I achieved values of Bq<1, bulk viscous losses dominated over surface viscous losses. Further, a cross-over length 𝜉 was calculated, from which one can distinguish, whether advective transport dominates over diffusion.
I further connected the two defined supersaturations Δ and Δc via the excess lateral pressure Δpi. From this, I saw differences in the seaweed and dendritic growth regimes: The local normalized supersaturation Δ of seaweed growth seemed to be quite stable for a further increase of the lateral excess pressure Δpi, whereas it reacted quite sensitive in the dendritic regime. This was found to be an indication of a non-equilibrium regime, caused by the strong coupling of the monolayer to the subphase. It reinforces therefore the theory of Marangoni-flow.
The findings of this thesis emphasize the importance of understanding highly dynamic compression/expansion processes arising in surfactant monolayers. Using the example of the compression of the alveolus surface, it can be seen that a more realistic model of the pulmonary alveolus is not only enabled by increasing the complexity of the surfactant monolayer (e.g. by adding specific proteins or lipid mixtures to the monolayer). Equally important is the understanding in transport processes and the consequences for the monolayer structure. By the analysis of domain shapes, I presented a method, which is suitable for such a study.
Ziel dieser Arbeit war die periodische Oberflächenstrukturierung von Ti6Al4V und Ti6Al4Nb-Oberflächen mittels UV-Strahlung, die präklinische Charakterisierung dieser hinsichtlich der Freisetzung von Metallionen und der Funktionalität humaner Osteoblasten und gingivaler Fibroblasten im Vergleich zu polierten Standardoberflächen.
Die Topografie der Oberflächen wurde mittels REM charakterisiert. Die Freisetzung von Metallionen wurde mittels Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma quantifiziert. Zur Untersuchung der Biokompatibilität wurden das Adhäsionsvermögen, die metabolische Aktivität, die Proliferationskapazität, die Zytotoxizität, die Aktivität der ALP und Wachstumsfaktoren und Zytokine in Zellkulturüberständen quantifiziert.
Nach Kultivierung der humanen Osteoblasten wurde signifikant mehr Ti, Al und V von periodisch strukturierten Ti6Al4V-Oberflächen und signifikant weniger Ti und Nb von periodisch strukturierten Ti6Al4Nb-Oberflächen freigesetzt. Auf periodisch strukturierten Ti6Al4V- und Ti6Al4Nb-Oberflächen adhärierten beide Zellarten signifikant schlechter. Die adhärierten Fibroblasten proliferierten dabei signifikant schneller und zeigten eine bessere Viabilität auf den periodisch strukturierten Ti6Al4V- und Ti6Al4Nb-Oberflächen. Die Osteoblasten auf periodisch strukturierten Oberflächen wiesen nach osteogenen Stimulus eine signifikant höhere ALP-Aktivität auf. Das Sekretionsprofil von Wachstumsfaktoren und Zytokinen der humanen Osteoblasten und gingivalen Fibroblasten deutet auf einen ausgeglichenen immunmodulativen Effekt hin.
Die Ergebnisse der texturierten Ti6Al4Nb-Oberflächen zeigen eine bessere Biokompatibilität auf. Das kann durch weniger Metallfreisetzung im Vergleich zur polierten Oberfläche, unveränderte zelluläre Viabilität (humane Osteoblasten) und verbesserte Viabilität (gingivale Fibroblasten), verbesserter Proliferationskapazität (gingivale Fibroblasten) und ein ausgeglichenes immunmodulatives Sekretionsprofil begründet werden.
Damit die verbesserte Osteogenese in der Klinik genutzt werden kann, muss in einem nächsten Schritt überprüft werden, ob die verbesserte Matrixbildung die verminderte Adhäsion der Zellen kompensiert und die Applikation der periodischen Oberflächenstrukturen auf 3D-Oberflächen ermöglicht werden. Hierfür ist eine Testung der Ti6Al4Nb Titanlegierung am Tiermodell denkbar.
Hintergrund: Wie der akute Myokardinfarkt, das Polytrauma oder der Schlaganfall zählt auch die Sepsis zu den zeitkritischen Notfällen in der Medizin [3]. Ein zügiger Therapiebeginn mit Antibiotika ist notwendig, da eine Verzögerung einen negativen Einfluss auf das Überleben hat [13,14]. Durch die vielfältige klinische Symptomatik einer Sepsis ist die Diagnosestellung selbst für erfahrenes Personal erschwert [4]. Das Gehirn ist häufig von einer Organdysfunktion bei einer Sepsis betroffen [10,20]. Das Spektrum der klinischen Ausprägung ist facettenreich: Einschränkungen der Kognition, Desorientiertheit, Somnolenz, Koma, aber auch motorische Symptome und Krampfanfälle können auftreten [29,30,49].
Fragestellung: Wie ist das Management von Patient*innen mit einer Sepsis, die über die neurologische Notaufnahme und damit einer vermutlich vordergründig neurologischen Symptomatik aufgenommen wurden?
Patient*innen und Methoden: Aus allen Patient*innen, die vom 01.01.2009 bis 31.12.2017 in der neurologischen Notaufnahme/Stroke Unit der Universitätsmedizin Greifswald vorstellig wurden, wurde retrospektiv schrittweise eine Studienpopulation selektiert und untersucht. Verwendet wurden hierfür ICD-10 Codes, sowie Kriterien für eine vermutete Infektion, der qSOFA- und SOFA-Score. Schließlich entstand ein Studienkollektiv, das innerhalb der ersten 48 Stunden bei retrospektiver Betrachtung Kriterien einer Sepsis erfüllte. Bei diesen Patient*innen wurde unter anderem die zur Aufnahme führende Symptomatik erhoben, die Abnahme von Blutkulturen, Messung des Laktatspiegels, sowie der Beginn einer antiinfektiven Therapie als Maßnahmen des Surviving Sepsis Campaign Bundles erfasst [2].
Ergebnisse: Die Studie zeigt, dass eine Bewusstseinsstörung die am häufigsten zur Aufnahme führende Symptomatik darstellt. Darauf folgt eine allgemeine Verschlechterung des Allgemeinzustandes. Die Dauer bis zur Abnahme von Blutkulturen, Beginn einer antiinfektiven Therapie und Messung des Laktatspiegels ist deutlich länger als in der zum Untersuchungszeitpunkt gültigen Handlungsempfehlung der Surviving Sepsis Campaign vorgegeben [2,17].
Diskussion und Fazit: Warum die Dauer bis zur Durchführung der zum Untersuchungszeitpunkt leitliniengerechten Maßnahmen in dieser Studie deutlich länger ist als vorgegeben, lässt sich nur vermuten. Mögliche Ursachen können in der fehlenden Identifizierung, an unzureichender Therapiekenntnis oder Problemen bei der Kommunikation in der Behandlung liegen [95]. Gerade wenn eine neurologische Symptomatik im Vordergrund steht, besteht die Gefahr, eine Sepsis in der prä- oder frühen innerklinischen Versorgung zu übersehen [5]. Insgesamt sind Schulungen zum Thema Sepsis und speziell der verschiedenen neurologischen Ausprägungen für das gesamte Behandlungsteam neurologischer Notaufnahmen und Stroke Units notwendig. Ebenso sollte sowohl im Rettungsdienst als auch in neurologischen Notaufnahmesituationen sofort bei Symptomen wie einer neu aufgetretenen oder sich verschlechternden Bewusstseinsstörung aber auch Krampfanfällen, die Differentialdiagnose „Sepsis“ in Betracht gezogen und die betroffenen Patient*innen systematisch auf das Vorliegen einer Sepsis gescreent werden.
In dieser Studie sollte untersucht werden, ob ein isometrisches Training des Musculus
pterygoideus lateralis (MPL) der Therapie mit einer Schiene in Bezug auf die Behandlung
einer schmerzhaften Diskusverlagerung mit Reposition (DDwR) gleichwertig ist. Das
Trainingsprogramm orientiert sich an der Wissenschaft von Janda. Sechzig Patienten (≥18
Jahre) mit DDwR und Schmerzen wurden nach dem Zufallsprinzip zwei Gruppen zugeteilt:
(1) Muskeltraining, (2) Schienentherapie. Die folgenden Variablen wurden während der
Baseline-Untersuchung und zu den Zeitpunkten der Kontrolltermine (2, 4 und 6 Monate nach
Behandlungsbeginn) erhoben: Veränderung des orofazialen Schmerz, Auftreten des
Knackphänomens bei Kieferöffnungs- oder Kieferschließbewegungen, Kraftgrade nach Janda
bei Laterostrusionsbewegung, Schneidekantendistanz (SKD; in mm). P-Werte von < 0,05
wurden als statistisch signifikant angesehen und Konfidenzintervalle von 95% wurden
angegeben. In beiden Gruppen wurde ein Rückgang der orofazialen Schmerzintensität
festgestellt (P < 0,0001). Das registrierte Kiefergelenkknacken verschwand nach 6-monatiger
Behandlung bei 37 % (n=11) der Patienten in der Trainingsgruppe und bei 27 % (n=8) in der
Schienengruppe (P = 0,0009 und P = 0,0047). Das Muskeltraining führte am Ende der Studie
zu 27 Verbesserungen der Janda-Kraftgrade (P < 0,0001). Zusammenfassend verbesserten
sowohl das Muskeltraining, als auch die Therapie mit einer UK-Äquilibrierungsschiene die
Mundöffnung und reduzierten die Schmerzintensität in beiden Patientengruppen.
Muskeltraining könnte eine vielversprechende Option für die Behandlung von Patienten mit
schmerzhafter DDwR sein.
Study of the effect of the podocyte-specific palladin knockout in mice with a 129 genetic background
(2023)
Worldwide, chronic kidney disease is one of the leading public health problems. Podocytes, highly specialized postmitotic cells in the filtration unit of the kidney glomerulus, are essential for the size selectivity of the filtration barrier. Loss of the complex 3D morphology of their interdigitating foot processes, effacement and detachment of the cells from the capillaries lead to proteinuria and often loss of kidney function.
Since the morphology of podocyte foot processes is highly dependent on an intact actin cytoskeleton and actin-binding proteins, we investigated the role of the actin-binding protein palladin in podocytes from mice with a 129 genetic background, that is more susceptible to kidney injury. PodoPalld129-/- mice were examined at 6 and 12 months of age using immunofluorescence staining, electron and 3D super-resolution microscopy as well as qRT-PCR.
Our analysis of PodoPalld129-/- mice at 6 and 12 months of age showed that podocyte- specific knockout of palladin results in dilation of the capillary tuft accompanied by loss of mesangial cells, indicating the influence of palladin on glomerular tuft formation. Besides, we observed morphological abnormalities such as an enlarged sub-podocyte space, cyst formations and an increased number of cell-cell contacts between podocytes and parietal epithelial cells in PodoPalld129-/- mice compared to controls. Moreover, palladin knockout resulted in downregulation of the slit diaphragm protein nephrin as well as an age-dependent significant increase in podocyte foot process effacement. Although there was a significant change in foot process morphology, we did not detect albuminuria in PodoPalld129-/- mice of both age groups. However, we found an increase of trefoil factor 1 (Tff1) in the urine of the mice, indicating an altered, more permeable filtration barrier.
Considering that palladin has several binding sites for important actin-binding and regulatory proteins, we studied the expression of Lasp-1, Pdlim2, VASP and Klotho in dependence on palladin. We found a remarkable reduction in, for example, phosphorylated Lasp-1 as well as Klotho, which could influence the morphology of podocyte foot processes.
Compared with PodoPalldBL/6-/- mice, PodoPalld129-/- mice showed stronger glomerular tuft dilation and developed podocytes with increased morphological abnormalities, underlining the importance of the genetic background.
In conclusion, these results demonstrate the essential role of palladin for podocyte morphology in mice with a 129 genetic background.
Although the outcome of patients with acute myeloid leukemia (AML) has
improved in the past decades, the overall survival is below 50% [1, 2] and there
is still an unmet need for the development of new therapeutic strategies. Here,
we aimed to identify functional vulnerabilities in AML and investigated the
therapeutic potential of target structures involved in proteostasis, cell polarity and
RNA-binding molecular pathways.
We determined that genetic deletion of the cell fate determinant and polarity
regulator Scribble delays AML development, however, its deletion also seems to
affect the proliferative capacity of normal hematopoietic cells, lowering its value
as a therapeutic target. In contrast, inactivation of YBX1 (a pleiotropic protein with
DNA/RNA binding capacity that excerpts post-transcriptional control on its
targets) and PSMB8/LMP7 (a catalytic subunit of the immunoproteasome multiprotein
complex that belongs to the ubiquitin-proteasome system (UPS)) inhibit
leukemic cells without influencing normal hematopoietic stem and progenitor cell
function, establishing these targets as potential novel therapeutic strategies
against AML.
Genetic deletion of YBX1 caused reduced proliferation and colony forming
capacity in leukemic cells independent of the oncogenic driver mutation and
delayed AML development in vivo. The role of Ybx1 in leukemia maintenance
was investigated using a conditional knockout model, confirming the functional
requirement of Ybx1 in AML maintenance. Mechanistically, YBX1 recruited
oncogenic transcripts to polysomes, increasing their translation. Displacement of
these transcripts from polysomes after YBX1 deletion decreased their protein
expression.
Genetic and pharmacologic inhibition of PSMB8/LMP7 decreased proliferation
and colony forming capacity selectively in KMT2A (MLL)-rearranged leukemic
cells. In vivo treatment with a PSMB8/LMP7 inhibitor delayed disease
development in KMT2A-rearranged leukemic mice or patient derived xenografts
(PDX). We identified the transcriptional corepressor BASP1 as a functional
effector of the immunoproteasome. BASP1 was enriched after PSMB8/LMP7
inhibition and it was found binding to KMT2A-target genes. Moreover,
pharmacologic inhibition of PSMB8/LMP7 led to decreased expression of bonafide
KMT2A-fusion target genes and enrichment for genes deregulated by
inhibitors of the KMT2A complex partners DOT1L and MEN1. This prompted us
to investigate a potential synergism between MEN1 inhibition and
immunoproteasome inhibition. Combination treatment in AML cells revealed
decreased proliferation in vitro and increased survival in vivo as compared to the
single treatments, demonstrating the therapeutic potential of combining
immunoproteasome and MEN1 inhibitors.
Background and Objectives: Alzheimer’s disease (AD) stands as a pervasive neurodegenerative ailment of global concern, necessitating a relentless pursuit of remedies. This study aims to furnish a comprehensive exposition, delving into the intricate mechanistic actions of medicinal herbs and phytochemicals. Furthermore, we assess the potential of these compounds in inhibiting human acetylcholinesterase through molecular docking, presenting encouraging avenues for AD therapeutics. Materials and Methods: Our approach entailed a systematic exploration of phytochemicals like curcumin, gedunin, quercetin, resveratrol, nobiletin, fisetin, and berberine, targeting their capability as human acetylcholinesterase (AChE) inhibitors, leveraging the PubChem database. Diverse bioinformatics techniques were harnessed to scrutinize molecular docking, ADMET (absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity), and adherence to Lipinski’s rule of five. Results: Results notably underscored the substantial binding affinities of all ligands with specific amino acid residues within AChE. Remarkably, gedunin exhibited a superior binding affinity (−8.7 kcal/mol) compared to the reference standard. Conclusions: These outcomes accentuate the potential of these seven compounds as viable candidates for oral medication in AD treatment. Notably, both resveratrol and berberine demonstrated the capacity to traverse the blood-brain barrier (BBB), signaling their aptitude for central nervous system targeting. Consequently, these seven molecules are considered orally druggable, potentially surpassing the efficacy of the conventional drug, donepezil, in managing neurodegenerative disorders.
Despite recent advances in the treatment of non-small cell lung cancer (NSCLC), acquired drug resistance to targeted therapy remains a major obstacle. Epithelial-mesenchymal transition (EMT) has been identified as a key resistance mechanism in NSCLC. Here, we investigated the mechanistic role of key EMT-regulating small non-coding microRNAs (miRNAs) in sublines of the NSCLC cell line HCC4006 adapted to afatinib, erlotinib, gefitinib, or osimertinib. The most differentially expressed miRNAs derived from extracellular vesicles were associated with EMT, and their predicted target ZEB1 was significantly overexpressed in all resistant cell lines. Transfection of a miR-205-5p mimic partially reversed EMT by inhibiting ZEB1, restoring CDH1 expression, and inhibiting migration in erlotinib-resistant cells. Gene expression of EMT-markers, transcription factors, and miRNAs were correlated during stepwise osimertinib adaptation of HCC4006 cells. Temporally relieving cells of osimertinib reversed transition trends, suggesting that the implementation of treatment pauses could provide prolonged benefits for patients. Our results provide new insights into the contribution of miRNAs to drug-resistant NSCLC harboring EGFR-activating mutations and highlight their role as potential biomarkers and therapeutic targets.
Background: Only approximately a third of people with depressive symptoms seek professional health care. Furthermore, people labelled as mentally ill may experience stigmatisation, which can impede help-seeking behaviour.
Aim: To examine the effects of three vignette-based interventions endorsing biopsychosocial causal beliefs and strengthening self-efficacy on help-seeking intention and behaviour, as well as the predictive values of these variables and previous treatment experience.
Method: A quasi-experimental online study utilising a fractioned factorial design was carried out. People were screened for depressive symptoms and their current treatment status. After baseline assessment, they were randomly allocated into one of 24 groups receiving a combination of interventional messages. Actual help-seeking behaviour was measured at follow-ups 3 and 6 months after baseline.
Results: Altogether, N = 1,368 participants were included in the final analyses and N = 983 provided data on their help-seeking behaviour within 3 to 6 months after the baseline assessment. The intention to seek help from a general practitioner or a mental health professional was significantly influenced by the interventions. However, help-seeking behaviour was not influenced by the interventions. On a conceptual level, biopsychosocial causal beliefs (β = 0.09–0.23) and self-efficacy to seek help (β = 0.16–0.25) predicted help-seeking intention. There was a negative interaction effect of both self-efficacy beliefs on intention and behaviour, which changed depending on depression severity. In all models, the intention was the main predictor of actual behaviour. Treatment experience predicted both help-seeking intention and behaviour.
Conclusion: Biopsychosocial causal beliefs and self-efficacy have a direct effect on help-seeking intention. Interventions should include information on how to actually seek help as a means to strengthen self-efficacy beliefs and simulate previous treatment experience. Further research is needed to investigate the respective interaction effects on intention and behaviour.
Clinical Trial Registration: https://drks.de/search/de/trial/DRKS00023557, German Clinical Trials Register: DRKS00023557. Registered 11 December 2020. World Health Organization, Universal Trial Number: U1111–1264-9954. Registered 16 February 2021.
Background
The Earth Biogenome Project has rapidly increased the number of available eukaryotic genomes, but most released genomes continue to lack annotation of protein-coding genes. In addition, no transcriptome data is available for some genomes.
Results
Various gene annotation tools have been developed but each has its limitations. Here, we introduce GALBA, a fully automated pipeline that utilizes miniprot, a rapid protein-to-genome aligner, in combination with AUGUSTUS to predict genes with high accuracy. Accuracy results indicate that GALBA is particularly strong in the annotation of large vertebrate genomes. We also present use cases in insects, vertebrates, and a land plant. GALBA is fully open source and available as a docker image for easy execution with Singularity in high-performance computing environments.
Conclusions
Our pipeline addresses the critical need for accurate gene annotation in newly sequenced genomes, and we believe that GALBA will greatly facilitate genome annotation for diverse organisms.
Mixotrophic and heterotrophic protists hold a key position in aquatic microbial food webs. Whereas they can account for the bulk of bacterivory in pelagic systems, the potential structuring effect of these consumers on bacterial communities is far from clear. We conducted short-term grazing experiments to test for the overall impact on bacterial community structure and possible prey preferences of phagotrophic protists. The protist taxa selected for this study include three mixotrophic flagellates, comprising two obligate- and one facultative mixotroph, and one phagoheterotrophic flagellate lacking phototrophic capacity. Bacterioplankton from seven different lakes were enriched and used to represent semi-natural prey communities. Our study demonstrated protist strain specific impacts on bacterial community composition linked to grazing. The three mixotrophs had variable impacts on bacterial communities where the two obligate mixotrophs exhibited lower grazing rates, while showing a tendency to promote higher bacterial diversity. The phagoheterotroph displayed the highest grazing rates and structured the bacterial communities via apparent selective grazing. Consistent selectivity trends were observed throughout the experiments, such as the apparent avoidance of all flagellates of Actinobacteria, and high grazing on dominant Burkholderiales taxa. However, there was no consistent “fingerprint” of mixotrophic grazing on prey communities, but the structuring impact rather seemed to depend on the trophic mode of the individual protist taxa, i.e. their dependence on phototrophy vs. phagotrophy. Our findings highlight the differential structuring impact of protist taxa on bacterial communities which may have important ecological implications, for example during periodic dominance of obligate mixotrophic bacterivores in changing lake ecosystems.
Copulatory mechanics of ghost spiders reveals a new self-bracing mechanism in entelegyne spiders
(2023)
Spiders evolved a distinctive sperm transfer system, with the male copulatory organs located on the tarsus of the pedipalps. In entelegyne spiders, these organs are usually very complex and consist of various sclerites that not only allow the transfer of the sperm themselves but also provide a mechanical interlock between the male and female genitalia. This interlocking can also involve elements that are not part of the copulatory organ such as the retrolateral tibial apophysis (RTA)—a characteristic of the most diverse group of spiders (RTA clade). The RTA is frequently used for primary locking i.e., the first mechanical engagement between male and female genitalia. Despite its functional importance, some diverse spider lineages have lost the RTA, but evolved an apophysis on the femur instead. It can be hypothesized that this femoral apophysis is a functional surrogate of the RTA during primary locking or possibly serves another function, such as self-bracing, which involves mechanical interaction between male genital structures themselves to stabilize the inserted pedipalp. We tested these hypotheses using ghost spiders of the genus Josa (Anyphaenidae). Our micro-computed tomography data of cryofixed mating pairs show that the primary locking occurs through elements of the copulatory organ itself and that the femoral apophysis does not contact the female genitalia, but hooks to a projection of the copulatory bulb, representing a newly documented self-bracing mechanism for entelegyne spiders. Additionally, we show that the femoral self-bracing apophysis is rather uniform within the genus Josa. This is in contrast to the male genital structures that interact with the female, indicating that the male genital structures of Josa are subject to different selective regimes.
Dermatophytosis, the most prevalent fungal infection, is witnessing a rising incidence annually. To address this challenge, we developed a terbinafine-loaded oil-in-water nanoemulsion (TH-NE) through the aqueous microtitration method. The formulation comprised olive oil (oil phase), Span 80 (surfactant), and propylene glycol (co-surfactant). Pseudo-phase ternary diagrams and thermodynamic studies underscored the stability of TH-NE. Employing the Box–Behnken design (BBD), we optimized TH-NE, which resulted in a remarkable particle size of 28.07 nm ± 0.5, a low polydispersity index (PDI) of 0.1922 ± 0.1, and a substantial negative zeta potential of −41.87 mV ± 1. Subsequently, TH-NE was integrated into a 1.5% carbopol matrix, yielding a nanoemulgel (TH-NEG). Texture analysis of TH-NEG demonstrated a firmness of 168.00 g, a consistency of 229.81 g/s, negative cohesiveness (−83.36 g), and a work of cohesion at −107.02 g/s. In vitro drug release studies revealed an initial burst effect followed by sustained release, with TH-NEG achieving an impressive 88% release over 48 h, outperforming TH-NE (74%) and the marketed formulation (66%). Ex vivo release studies mirrored these results, with TH-NEG (86%) and TH-NE (71%) showcasing sustained drug release in comparison to the marketed formulation (67%). Confocal microscopy illustrated that TH-NEG and TH-NE penetrated to depths of 30 µm and 25 µm, respectively, into the epidermal layer. Furthermore, dermatokinetic studies highlighted the enhanced drug penetration of TH-NEG compared to TH-NE through mouse skin. In summary, our study establishes TH-NEG as a promising carrier for terbinafine in treating dermatophytosis, offering improved drug delivery and sustained release potential.
Synthesis of Quercetin-Loaded Silver Nanoparticles and Assessing Their Anti-Bacterial Potential
(2023)
The study delves into the multifaceted potential of quercetin (Qu), a phytoconstituent found in various fruits, vegetables, and medicinal plants, in combination with silver nanoparticles (AgNPs). The research explores the synthesis and characterization of AgNPs loaded with Qu and investigates their pharmaceutical applications, particularly focusing on antibacterial properties. The study meticulously evaluates Qu’s identity, and physicochemical properties, reaffirming its suitability for pharmaceutical use. The development of Qu-loaded AgNPs demonstrates their high drug entrapment efficiency, ideal particle characteristics, and controlled drug release kinetics, suggesting enhanced therapeutic efficacy and reduced side effects. Furthermore, the research examines the antibacterial activity of Qu in different solvents, revealing distinct outcomes. Qu, both in methanol and water formulations, exhibits antibacterial activity against Escherichia coli, with the methanol formulation displaying a slightly stronger efficacy. In conclusion, this study successfully synthesizes AgNPs loaded with Qu and highlights their potential as a potent antibacterial formulation. The findings underscore the influence of solvent choice on Qu’s antibacterial properties and pave the way for further research and development in drug delivery systems and antimicrobial agents. This innovative approach holds promise for addressing microbial resistance and advancing pharmaceutical formulations for improved therapeutic outcomes.
Background
Sepsis-induced intensive care unit-acquired weakness (ICUAW) features profound muscle atrophy and attenuated muscle regeneration related to malfunctioning satellite cells. Transforming growth factor beta (TGF-β) is involved in both processes. We uncovered an increased expression of the TGF-β receptor II (TβRII)-inhibitor SPRY domain-containing and SOCS-box protein 1 (SPSB1) in skeletal muscle of septic mice. We hypothesized that SPSB1-mediated inhibition of TβRII signalling impairs myogenic differentiation in response to inflammation.
Methods
We performed gene expression analyses in skeletal muscle of cecal ligation and puncture- (CLP) and sham-operated mice, as well as vastus lateralis of critically ill and control patients. Pro-inflammatory cytokines and specific pathway inhibitors were used to quantitate Spsb1 expression in myocytes. Retroviral expression plasmids were used to investigate the effects of SPSB1 on TGF-β/TβRII signalling and myogenesis in primary and immortalized myoblasts and differentiated myotubes. For mechanistical analyses we used coimmunoprecipitation, ubiquitination, protein half-life, and protein synthesis assays. Differentiation and fusion indices were determined by immunocytochemistry, and differentiation factors were quantified by qRT-PCR and Western blot analyses.
Results
SPSB1 expression was increased in skeletal muscle of ICUAW patients and septic mice. Tumour necrosis factor (TNF), interleukin-1β (IL-1β), and IL-6 increased the Spsb1 expression in C2C12 myotubes. TNF- and IL-1β-induced Spsb1 expression was mediated by NF-κB, whereas IL-6 increased the Spsb1 expression via the glycoprotein 130/JAK2/STAT3 pathway. All cytokines reduced myogenic differentiation. SPSB1 avidly interacted with TβRII, resulting in TβRII ubiquitination and destabilization. SPSB1 impaired TβRII-Akt-Myogenin signalling and diminished protein synthesis in myocytes. Overexpression of SPSB1 decreased the expression of early (Myog, Mymk, Mymx) and late (Myh1, 3, 7) differentiation-markers. As a result, myoblast fusion and myogenic differentiation were impaired. These effects were mediated by the SPRY- and SOCS-box domains of SPSB1. Co-expression of SPSB1 with Akt or Myogenin reversed the inhibitory effects of SPSB1 on protein synthesis and myogenic differentiation. Downregulation of Spsb1 by AAV9-mediated shRNA attenuated muscle weight loss and atrophy gene expression in skeletal muscle of septic mice.
Conclusions
Inflammatory cytokines via their respective signalling pathways cause an increase in SPSB1 expression in myocytes and attenuate myogenic differentiation. SPSB1-mediated inhibition of TβRII-Akt-Myogenin signalling and protein synthesis contributes to a disturbed myocyte homeostasis and myogenic differentiation that occurs during inflammation.
Biological invasions pose global threats to biodiversity and ecosystem functions. Invasive species often display a high degree of phenotypic plasticity, enabling them to adapt to new environments. This study examines plasticity to water stress in native and invasive Opuntia ficus-indica populations, a prevalent invader in arid and semi-arid ecosystems. Through controlled greenhouse experiments, we evaluated three native and nine invasive populations. While all plants survived the dry treatment, natives exhibited lower plasticity to high water availability with only a 36% aboveground biomass increase compared to the invasives with a greater increase of 94%. In terms of belowground biomass, there was no significant response to increased water availability for native populations, but plants from the invasive populations showed a 75% increase from the dry to the wet treatment. Enhanced phenotypic plasticity observed in invasive populations of O. ficus-indica is likely a significant driver of their success and invasiveness across different regions, particularly with a clear environmental preference towards less arid conditions. Climate change is expected to amplify the invasion success due to the expansion of arid areas and desertification. Opuntia ficus-indica adapts to diverse environments, survives dry spells, and grows rapidly in times of high-water supply, making it a candidate for increased invasion potential with climate change.
Background
Haemosporidian parasites of the genus Polychromophilus infect bats worldwide. They are vectored by obligate ectoparasitic bat flies of the family Nycteribiidae. Despite their global distribution, only five Polychromophilus morphospecies have been described to date. The two predominant species, Polychromophilus melanipherus and Polychromophilus murinus, are broadly distributed and mainly infect miniopterid and vespertilionid bats, respectively. In areas where species from different bat families aggregate together, the infection dynamics and ability of either Polychromophilus species to infect other host families is poorly characterized.
Methods
We collected 215 bat flies from two bat species, Miniopterus schreibersii and Rhinolophus ferrumequinum, which sometimes form mixed clusters in Serbia. Miniopterus schreibersii is known to be frequently infected with P. melanipherus, whereas R. ferrumequinum has been observed to be incidentally infected with both Polychromophilus species. All flies were screened for Polychromophilus infections using a PCR targeting the haemosporidian cytb gene. Positive samples were subsequently sequenced for 579 bp of cytochrome b (cytb) and 945 bp of cytochrome oxidase subunit 1 (cox1).
Results
Polychromophilus melanipherus DNA was detected at six out of nine sampling locations and in all three examined bat fly species collected from M. schreibersii (Nycteribia schmidlii, n = 21; Penicillidia conspicua, n = 8; Penicillidia dufourii, n = 3). Four and five haplotypes were found for cytb and cox1, respectively. Evidence for multiple Polychromophilus haplotypes was found in 15 individual flies. These results point to a high diversity of P. melanipherus parasites in Miniopterus hosts and efficient transmission throughout the study area. A single Phthiridium biarticulatum bat fly collected from R. ferrumequinum screened positive for P. melanipherus, but only yielded a partial cox1 sequence fragment. Nevertheless, this result suggests that secondary hosts (both bat and fly species) are regularly confronted with this parasite.
Conclusions
The results of this study provide new insights into the prevalence and distribution of Polychromophilus parasites in European bats and their nycteribiid vectors. The use of bat flies for the non-invasive investigation of Polychromophilus infections in bat populations has proven to be efficient and thus represents an alternative for large-scale studies of infections in bat populations without the need to invasively collect blood from bats.
Background
Medical research is increasingly interdisciplinary. However, not all projects are successful and cooperation is not always sustained beyond the end of funding. This study empirically assesses the effect of control and trust on the sustainability of interdisciplinary medical research in terms of its performance and satisfaction.
Methods
The sample consists of 100 German publicly funded medical research collaborations with scientists from medicine, natural and social sciences (N = 364). We develop a system model to analyze the influence of trust and control on performance and satisfaction of the cooperation.
Findings
Both control and trust are important prerequisites for sustainability, control mainly for the performance of the collaboration, and trust primarily for its satisfaction. While the level of interdisciplinarity is a positive moderator for performance, expectation of continuity is a negative intervening variable for the effect of trust and control on satisfaction. Moreover, trust principally adds to the positive impact of control on sustainability.
Conclusions
Interdisciplinary medical research requires a participative but systematic management of the respective consortium.
Introduction
Proteasome inhibition is first line therapy in multiple myeloma (MM). The immunological potential of cell death triggered by defects of the ubiquitin-proteasome system (UPS) and subsequent perturbations of protein homeostasis is, however, less well defined.
Methods
In this paper, we applied the protein homeostasis disruptors bortezomib (BTZ), ONX0914, RA190 and PR619 to various MM cell lines and primary patient samples to investigate their ability to induce immunogenic cell death (ICD).
Results
Our data show that while BTZ treatment triggers sterile type I interferon (IFN) responses, exposure of the cells to ONX0914 or RA190 was mostly immunologically silent. Interestingly, inhibition of protein de-ubiquitination by PR619 was associated with the acquisition of a strong type I IFN gene signature which relied on key components of the unfolded protein and integrated stress responses including inositol-requiring enzyme 1 (IRE1), protein kinase R (PKR) and general control nonderepressible 2 (GCN2). The immunological relevance of blocking de-ubiquitination in MM was further reflected by the ability of PR619-induced apoptotic cells to facilitate dendritic cell (DC) maturation via type I IFN-dependent mechanisms.
Conclusion
Altogether, our findings identify de-ubiquitination inhibition as a promising strategy for inducing ICD of MM to expand current available treatments.
Wikingergold - Eine Auseinandersetzung mit kulturellem Erbe und Identitäten im Kunstunterricht
(2023)
In welcher Beziehung stehen Schmuckobjekte zur eigenen Persönlichkeit? Mit welchen Erinnerungen, Erzählungen und Projektionen sind sie verbunden?
Ausgehend vom Hiddenseer Goldschmuck, ein heute im Stralsund Museum bewahrtes Schatzkonvolut aus der Wikingerzeit, führen diese und weitere Fragen Schüler*innen an Vorstellungen von kulturellem Erbe, Identität und regionaler Zugehörigkeit heran.
Wikingergold – eine Auseinandersetzung mit kulturellem Erbe und Identitäten im Kunstunterricht richtet sich an Schüler*innen der 7. bis 10. Klasse und ist fachübergreifend nutzbar. Drei Arbeitspakete – „Der Hiddenseer Goldschmuck“, „Goldschätze aus der Wikingerzeit – Kulturerbe des Ostseeraums“ und „‚Wikinger‘ darstellen und ausstellen“ – können komplementär, aber auch einzeln bearbeitet werden. Jedes enthält einen Einführungstext, Vorschläge zur Unterrichtskonzeption und Arbeitsblätter. Neben Text- und Bildmaterial kann ein eigens für das Projekt entwickelter Kurzfilm betrachtet oder eine digitale Ausstellung besucht werden.
Ziel der Unterrichtsmaterialien ist es, Verbindungen von Geschichte und Geschichtsmythen mit dem Alltag der Schüler*innen aufzuzeigen und zu reflektieren. „Wikingerschmuck“ wird so zum Instrument der Reflexion des eigenen Selbstbildes und er kann Anstoß für identitätsbildende Prozesse sein.
The aim of this study was to compare three sensorimotor training forms in patients with chronic low back pain to determine their effects on the reduction of pain-related impairment and changes in posturography. Over two weeks, during the multimodal pain therapy (MMPT) period, six sessions of sensorimotor physiotherapy or training in the Galileo® or Posturomed® (n = 25 per group) were performed. A significant reduction in pain-related impairment after the intervention phase was shown across all groups (time effect: p < 0.001; ηp2 = 0.415). There was no change in postural stability (time effect: p = 0.666; ηp2 = 0.003), but there was a significant improvement in the peripheral vestibular system (time effect: p = 0.014; ηp2 = 0.081). An interaction effect was calculated for the forefoot-hindfoot ratio (p = 0.014; ηp2 = 0.111). Only the Posturomed® group showed an improvement in anterior-posterior weight distribution (heel load: 47% vs. 49%). These findings suggest that these forms of sensorimotor training in the context of MMPT are suitable for reducing pain-related impairment. Posturography demonstrated stimulation of a subsystem, but no improvement in postural stability.
The goal of this study was to assess the anticancer efficacy of chlorojanerin against various cancer cells. The effects of chlorojanerin on cell cytotoxicity, cell cycle arrest, and cell apoptosis were examined using MTT assay, propidium iodide staining, and FITC Annexin V assay. RT-PCR was employed to determine the expression levels of apoptosis-related genes. Furthermore, docking simulations were utilized to further elucidate the binding preferences of chlorojanerin with Bcl-2. According to MTT assay, chlorojanerin inhibited the proliferation of all tested cells in a dose-dependent manner with a promising effect against A549 lung cancer cells with an IC50 of 10 µM. Cell growth inhibition by chlorojanerin was linked with G2/M phase cell cycle arrest in A549 treated cells. Flow cytometry analysis indicated that the proliferation inhibition effect of chlorojanerin was associated with apoptosis induction in A549 cells. Remarkably, chlorojanerin altered the expression of many genes involved in apoptosis initiation. Moreover, we determined that chlorojanerin fit into the active site of Bcl-2 according to the molecular docking study. Collectively, our results demonstrate that chlorojanerin mediated an anticancer effect involving cell cycle arrest and apoptotic cell death and, therefore, could potentially serve as a therapeutic agent in lung cancer treatment.
Geometric regularity of spider webs has been intensively studied in orb‐weaving spiders, although it is not exclusive of orb weavers. Here, we document the geometrically regular, repetitive elements in the webs of the non‐orb‐weaving groups Leptonetidae and Telemidae for the first time. Similar to orb weavers, we found areas with regularly spaced parallel lines in the webs of Calileptoneta helferi, Sulcia sp., and cf. Pinelema sp. Furthermore, we provide a detailed account of the regular webs of Ochyrocera (Ochyroceratidae). The sections of the web with regularly disposed parallel lines are built as U‐shaped modules reminiscent of orb webs. It has been suggested that the regularly spaced parallel lines in the webs of Ochyroceratidae and Psilodercidae may be produced in a single sweep of their posterior lateral spinnerets, which have regularly spaced aciniform gland spigots, perhaps involving expansion of the spinnerets. To test this hypothesis, we compared the spacing between parallel lines with the spacing between spigots, searched for expansible membranes in the spinnerets, and examined the junctions of regularly spaced lines. The distance between parallel lines was 10–20 times the distance between spigots, and we found no expansible membranes, and the intersection of parallel lines are cemented, which opposes the single sweep hypothesis. Furthermore, we found cues of viscid silk in the parallel lines of the psilodercid Althepus and broadened piriform gland spigots that may be responsible of its production. Finally, we evaluated the presence or absence of geometrically regular web elements across the spider tree of life. We found reports of regular webs in 31 spider families, including 20 families that are not orb weavers and hypothesize that the two basic aspects of regularity (parallel lines spaced at regular intervals, and radial lines spaced at regular angles) probably appeared many times in the evolution of spiders.
Background: Fatigue, dyspnea, and lack of energy and concentration are commonly interpreted as indicative of symptomatic anemia and may thus play a role in diagnostic and therapeutic decisions. Objective: To investigate the association between symptoms commonly attributed to anemia and the actual presence of anemia. Methods: Data from two independent cohorts of the Study of Health in Pomerania (SHIP) were analyzed. Interview data, laboratory data, and physical examination were individually linked with claims data from the Association of Statutory Health Insurance Physicians. A complete case analysis using logistic regression models was performed to evaluate the association of anemia with symptoms commonly attributed to anemia. The models were adjusted for confounders such as depression, medication, insomnia, and other medical conditions. Results: A total of 5979 participants (53% female, median age 55) were included in the analysis. Of those, 30% reported fatigue, 16% reported lack of energy, 16% reported lack of concentration, and 29% reported dyspnea and/or weakness. Anemia was prevalent in about 6% (379). The symptoms were more prevalent in participants with anemia. However, participants with anemia were older and had a poorer health status. There was no association in multivariate logistic regression models between the symptoms fatigue, lack of concentration, dyspnea, and/or weakness and anemia. Anemia was associated (OR: 1.45; 95% CI: 1.13–1.86) with lack of energy in the multivariate analysis. Other factors such as depression, insomnia, and medication were more strongly associated with the symptoms. Conclusion: The clinical symptoms commonly attributed to anemia are unspecific and highly prevalent both in non-anemic and anemic persons. Even in the presence of anemia, other diagnoses should be considered as causes such as depression, heart failure, asthma, and COPD, which are more closely associated with the symptoms. Further diagnostic research is warranted to explore the association of symptoms in different subgroups and settings in order to help clinical decision making.
Background: Uterine leiomyosarcoma (LMS) is a rare entity amongst malignant gynaecological tumours and is mostly diagnosed after surgery for benign leiomyoma (LM) of the uterus. As minimal invasive surgery is widely used, the morcellation of LM and the uterus is rather common. As there is little known about the impact of the morcellation of LMS on local and distant metastases, as well as overall survival, we carried out a large-scale retrospective study. Methods: A total of 301 LMS cases from the German Clinical Competence Centre for Genital Sarcomas and Mixed Tumours were analysed. We distinguished morcellated and non-morcellated LMS from pT1 and >pT1 tumours. Fine–Gray competing risks regressions and cumulative incidence rates were computed for the time to local recurrence, distant metastases, and patient death. Results: The recurrence free interval in pT1 LMS was significantly lower in the morcellation group with a 2-year cumulative incidence rate of 49% vs. 26% in non-morcellated LMS (p = 0.001). No differences were seen in >pT1 tumours. Distant metastases were more frequently found in non-morcellated pT1 LMS compared to the morcellated cases (5-year cumulative incidence: 54% vs. 29%, p < 0.001). There was no significant difference in time to death between both groups neither in the pT1 stages nor in >pT1 disease. Subdistribution hazard ratios estimated by multivariable competing risks regressions for the morcellation of pT1 LMS were 2.11 for local recurrence (95% CI 1.41–3.16, p < 0.001) and 0.52 for distant metastases (95% CI 0.32–0.84, p = 0.008). Conclusions: Tumour morcellation is not associated with OS for pT1 tumours. The morcellation of pT1 LMS seems to prolong the time to distant metastases whereas local recurrence is more likely to occur after the morcellation of pT1 LMS.
Die Herausforderungen des globalen Klimawandels stehen seit mehreren Jahrzehnten auf der gesellschaftlichen und politischen Tagesordnung. Die Folgen der Erderwärmung haben das Potential, die heute bestehenden ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Systeme in unbekanntem Ausmaß zu stören. Ungeachtet dieser Tatsache bleibt die mediale Aufmerksamkeit auf das Thema größtenteils überschaubar. Das Ziel der Arbeit ist es, ein Bild der Tagesschau Medienagenda im Jahr 2022 zu zeichnen. Im Fokus steht hierbei die Berichterstattung über die Klimakrise im Verhältnis zu anderen sozio-ökonomischen Krisen, wie der COVID19-Krise, der Wirtschaftskrise, der Energiekrise und dem Angriffskrieg gegen die Ukraine. Zur inhaltlichen Auswertung der Tagesschau-Hauptsendung wurde eine qualitative Inhaltsanalyse durchgeführt. Über theoretische Annäherungen, wie den Agenda-Setting-Ansatz und den Framing-Ansatz, konnten Rückschlüsse über die Medienwirkung und das Verhältnis der Krisen zueinander getroffen werden. In der computerbasierten Auswertung mit MAXQDA wurde herausgestellt, dass die Klimakrise mit anderen gesellschaftsrelevanten Themen um Sendeplätze konkurriert. Vor allem der Kriegsausbruch in der Ukraine dominierte die Berichterstattung im Jahr 2022. Darüber hinaus wurde die Klimakrise in der Tagesschau vor allem als Thema politischer Konflikte geframed. Im Jahr 2022 war außerdem der Frame der Klimakrise als Teil multipler Krisen präsent. Dieser suggerierte eine Gleichwertigkeit aller aufkommenden Konflikte, welche der Klimakrise und ihren tiefgreifenden Folgen nicht gerecht wird. Um diese Rolle angemessen zu berücksichtigen, muss der Journalismus innovative Wege finden, um eine ressortübergreifende Berichterstattung des Themas zu erreichen. Nur so können die komplexen wissenschaftlichen Erkenntnisse über die Erderwärmung als Basis für die dringliche Abmilderung der Klimakrise vermittelt werden. Verschiedene Ansätze einer solchen Berichterstattung werden diskutiert.
Bone generally displays a high intrinsic capacity to regenerate. Nonetheless, large osseous defects sometimes fail to heal. The treatment of such large segmental defects still represents a considerable clinical challenge. The regeneration of large bone defects often proves difficult, since it relies on the formation of large amounts of bone within an environment impedimental to osteogenesis, characterized by soft tissue damage and hampered vascularization. Consequently, research efforts have concentrated on tissue engineering and regenerative medical strategies to resolve this multifaceted challenge. In this review, we summarize, critically evaluate, and discuss present approaches in light of their clinical relevance; we also present future advanced techniques for bone tissue engineering, outlining the steps to realize for their translation from bench to bedside. The discussion includes the physiology of bone healing, requirements and properties of natural and synthetic biomaterials for bone reconstruction, their use in conjunction with cellular components and suitable growth factors, and strategies to improve vascularization and the translation of these regenerative concepts to in vivo applications. We conclude that the ideal all-purpose material for scaffold-guided bone regeneration is currently not available. It seems that a variety of different solutions will be employed, according to the clinical treatment necessary.
In the current era of precision oncology, it is widely acknowledged that CRC is a heterogeneous disease entity. Tumor location (right- or left-sided colon cancer or rectal cancer) is a crucial factor in determining disease progression as well as prognosis and influences disease management. In the last decade, numerous works have reported that the microbiome is an important element of CRC carcinogenesis, progression and therapy response. Owing to the heterogeneous nature of microbiomes, the findings of these studies were inconsistent. The majority of the studies combined colon cancer (CC) and rectal cancer (RC) samples as CRC for analysis. Furthermore, the small intestine, as the major site for immune surveillance in the gut, is understudied compared to the colon. Thus, the CRC heterogeneity puzzle is far from being solved, and more research is necessary for prospective trials that separately investigate CC and RC. Our prospective study aimed to map the colon cancer landscape using 16S rRNA amplicon sequencing in biopsy samples from the terminal ileum, healthy colon tissue, healthy rectal tissue and tumor tissue as well as in preoperative and postoperative stool samples of 41 patients. While fecal samples provide a good approximation of the average gut microbiome composition, mucosal biopsies allow for detecting subtle variations in local microbial communities. In particular, the small bowel microbiome has remained poorly characterized, mainly because of sampling difficulties. Our analysis revealed the following: (i) right- and left-sided colon cancers harbor distinct and diverse microbiomes, (ii) the tumor microbiome leads to a more consistent cancer-defined microbiome between locations and reveals a tumor microbiome–ileal microbiome association, (iii) the stool only partly reflects the microbiome landscape in patients with CC, and (iv) mechanical bowel preparation and perioperative antibiotics together with surgery result in major changes in the stool microbiome, characterized by a significant increase in the abundance of potentially pathogenic bacteria, such as Enterococcus. Collectively, our results provide new and valuable insights into the complex microbiome landscape in patients with colon cancer.
Background: The use of cold atmospheric plasma (CAP) in oncology has been intensively investigated over the past 15 years as it inhibits the growth of many tumor cells. It is known that reactive oxidative species (ROS) produced in CAP are responsible for this effect. However, to translate the use of CAP into medical practice, it is essential to know how CAP treatment affects non-malignant cells. Thus, the current in vitro study deals with the effect of CAP on human bone cancer cells and human osteoblasts. Here, identical CAP treatment regimens were applied to the malignant and non-malignant bone cells and their impact was compared. Methods: Two different human bone cancer cell types, U2-OS (osteosarcoma) and A673 (Ewing’s sarcoma), and non-malignant primary osteoblasts (HOB) were used. The CAP treatment was performed with the clinically approved kINPen MED. After CAP treatment, growth kinetics and a viability assay were performed. For detecting apoptosis, a caspase-3/7 assay and a TUNEL assay were used. Accumulated ROS was measured in cell culture medium and intracellular. To investigate the influence of CAP on cell motility, a scratch assay was carried out. Results: The CAP treatment showed strong inhibition of cell growth and viability in bone cancer cells. Apoptotic processes were enhanced in the malignant cells. Osteoblasts showed a higher potential for ROS resistance in comparison to malignant cells. There was no difference in cell motility between benign and malignant cells following CAP treatment. Conclusions: Osteoblasts show better tolerance to CAP treatment, indicated by less affected viability compared to CAP-treated bone cancer cells. This points toward the selective effect of CAP on sarcoma cells and represents a further step toward the clinical application of CAP.
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.
Predicting complications in pediatric Crohn's disease patients followed in CEDATA-GPGE registry
(2023)
Background
Complications of Crohn's disease (CD) often impair patients' quality of life. It is necessary to predict and prevent these complications (surgery, stricturing [B2]/penetrating [B3] disease behavior, perianal disease, growth retardation and hospitalization). Our study investigated previously suggested and additional predictors by analyzing data of the CEDATA-GPGE registry.
Methods
Pediatric patients (< 18 years) diagnosed with CD with follow up data in the registry were included in the study. Potential risk factors for the selected complications were evaluated by performing Kaplan-Meier survival curves and cox regression models.
Results
For the complication surgery, the potential risk factors older age, B3 disease, severe perianal disease and initial therapy with corticosteroids at the time of diagnosis were identified. Older age, initial therapy with corticosteroids, low weight-for-age, anemia and emesis predict B2 disease. Low weight-for-age and severe perianal disease were risk factors for B3 disease. Low weight-for-age, growth retardation, older age, nutritional therapy, and extraintestinal manifestations (EIM) of the skin were identified as risk factors for growth retardation during the disease course. High disease activity and treatment with biologicals were predictors for hospitalization. As risk factors for perianal disease, the factors male sex, corticosteroids, B3 disease, a positive family history and EIM of liver and skin were identified.
Conclusion
We confirmed previously suggested predictors of CD course and identified new ones in one of the largest registries of pediatric CD patients. This may help to better stratify patients’ according to their individual risk profile and choose appropriate treatment strategies.
The Narrative Framework
(2023)
Although Ewing’s sarcoma (ES) is a rare, but very aggressive tumor disease affecting the musculoskeletal system, especially in children, it is very aggressive and difficult to treat. Although medical advances and the establishment of chemotherapy represent a turning point in the treatment of ES, resistance to chemotherapy, and its side effects, continue to be problems. New treatment methods such as the application of cold physical plasma (CPP) are considered potential supporting tools since CPP is an exogenous source of reactive oxygen and nitrogen species, which have similar mechanisms of action in the tumor cells as chemotherapy. This study aims to investigate the synergistic effects of CPP and commonly used cytostatic chemotherapeutics on ES cells. The chemotherapy drugs doxorubicin and vincristine, the most commonly used in the treatment of ES, were applied to two different ES cell lines (RD-ES and A673) and their IC20 and IC50 were determined. In addition, individual chemotherapeutics in combination with CPP were applied to the ES cells and the effects on cell growth, cell viability, and apoptosis processes were examined. A single CPP treatment resulted in the dose-dependent growth inhibition of ES cells. The combination of different cytostatics and CPP led to significant growth inhibition, a reduction in cell viability, and higher rates of apoptosis compared to cells not additionally exposed to CPP. The combination of CPP treatment and the application of cytostatic drugs to ES cells showed promising results, significantly enhancing the cytotoxic effects of chemotherapeutic agents. These preclinical in vitro data indicate that the use of CPP can enhance the efficacy of common cytostatic chemotherapeutics, and thus support the translation of CPP as an anti-tumor therapy in clinical routine.
Non-coding RNA (ncRNA) classes take over important housekeeping and regulatory functions and are quite heterogeneous in terms of length, sequence conservation and secondary structure. High-throughput sequencing reveals that the expressed novel ncRNAs and their classification are important to understand cell regulation and identify potential diagnostic and therapeutic biomarkers. To improve the classification of ncRNAs, we investigated different approaches of utilizing primary sequences and secondary structures as well as the late integration of both using machine learning models, including different neural network architectures. As input, we used the newest version of RNAcentral, focusing on six ncRNA classes, including lncRNA, rRNA, tRNA, miRNA, snRNA and snoRNA. The late integration of graph-encoded structural features and primary sequences in our MncR classifier achieved an overall accuracy of >97%, which could not be increased by more fine-grained subclassification. In comparison to the actual best-performing tool ncRDense, we had a minimal increase of 0.5% in all four overlapping ncRNA classes on a similar test set of sequences. In summary, MncR is not only more accurate than current ncRNA prediction tools but also allows the prediction of long ncRNA classes (lncRNAs, certain rRNAs) up to 12.000 nts and is trained on a more diverse ncRNA dataset retrieved from RNAcentral.
Introduction: The topics of bullying, school anxiety and school absenteeism are of steady interest for the scientific community in recent decades. However, it seems surprising that investigations into the combination of these constructs are rare, especially considering their interconnectedness. Due to the lack of joint investigation of these factors, it is hardly possible to compare results of these related, yet distinct factors across other studies, let alone the predictive power of specific factors. The goal of the current study is to investigate how bullying, school anxiety and school absenteeism are related, considering the variables gender and grade level.
Methods: For this purpose, N = 195 secondary school children in the 7th–9th grades in northern Germany were surveyed via self-report questionnaires and additionally collecting their school records. We present complex descriptive analyses with scales and subscales of bullying, anxiety and absenteeism. Further, a structural equation modelling (SEM) approach is utilized to discover the interconnectedness of the constructs.
Results: On the one hand, the descriptive statistics show significant gender and grade level differences regarding bullying and anxiety. On the other hand, the SEM reveals that high values on the bullying victim scale are accompanied by significantly higher school displeasure (anxiety). School displeasure—as well as high bullying offender values—are associated with significantly more days of absence from school.
Discussion: We discuss how school environment improvement through specific interventions such as the cognitive-behavioral approach, could aid to ameliorate this issue.
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.
This article reports on the development, implementation and management of a German–Polish telemedicine network in the field of pediatric oncology and hematology in the Euroregion Pomerania. The achievements and challenges of joint medical case reviews involving patients and their care givers, as well as cross-border education activities for physicians, students and nursing staff, are presented. In addition to a progress report, the results of an evaluation of the participants and teachers, likewise the measurement of knowledge growth, are given.
Grouping pieces of fiction according to various differentiating criteria and ascribing generic names to the result is a taxonomic task that has its counterpart in biology in classifying species. This visual essay is about literary families (not genres) such as ‘science fiction’ or ‘historical fiction.’ I developed three appropriate criteria for positioning a narrative in the ‘mental’ space of written fiction.
The incidence and prevalence of pediatric-onset inflammatory bowel disease (PIBD) are on the rise worldwide. Initial symptoms are often recognized with a delay, which reduces the quality of life and may lead to an increased rate of complications. The aim of this study was to determine the diagnostic delay in PIBD and to identify potential influencing factors. Therefore, data from the German-Austrian patient registry CEDATA-GPGE for children and adolescents with PIBD were analyzed for the period January 2014 to December 2018. There were 456 children identified in the data, thereof 258 children (57%) with Crohn’s disease (CD) and 198 children (43%) with Ulcerative colitis (UC). The median age was 13.3 years (interquartile range (IQR) = 10.9−15.0), and 44% were females. The median diagnostic delay was 4.1 months (IQR = 2.1–7.0) in CD and 2.4 months (IQR = 1.2–5.1) in UC (p = 0.01). UC was associated with earlier diagnosis than CD (p < 0.001). Only a few factors influencing the diagnostic delay have been verified, e.g., abdominal pain at night and if video capsule endoscopy was performed. Diagnostic delay improved over the years in participating centers, but the level of awareness needs to be high even in common symptoms like abdominal pain.