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Institute
- Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie (8)
- Institut für Hygiene und Umweltmedizin (8)
- Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin (8)
- Klinik und Poliklinik für Frauenheilkunde u. Geburtshilfe (7)
- Klinik und Poliklinik für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie (7)
- Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde (6)
- Institut für Mathematik und Informatik (5)
- Institut für Pharmazie (5)
- Institut für Biochemie (4)
- Institut für Diagnostische Radiologie und Neuroradiologie (4)
Es wurde ein Versuchsaufbau für die Behandlung von Titanproben mittels der Plasma-Immersions-Ionen-Implantation konzipiert, konstruiert und aufgebaut. Im Unterschied zu üblichen PIII-Anlagen wurde hier eine kapazitiv gekoppelte RF-Entladung als Hintergrundentladung mit zwei koplanaren Elektroden direkt über den zu behandelnden Titanproben benutzt. Auf diese Weise war es möglich unter Verwendung von Kupfer für die Elektroden und den Probenhalter, die Titanproben mit Kupfer zu dotieren und parallel, durch die Wahl geeigneter Prozessgase, zu oxidieren. Zusätzlich waren neben Prozessgaskontrollern auch Flüssigkeitskontroller vorhanden, so dass mit diesem Versuchsaufbau Gase, verdampfte Flüssigkeiten und erodierte Metalle in verschiedensten Kombinationen gleichzeitig als Prozessgas für die PIII zur Verfügung gestellt werden konnte. Wie bei PIII-Prozessen erforderlich, waren die Hochspannungshöhe und -dauer einstellbar. Der Strom wurde so gemessen, dass er die Ionendosis wider gibt und für die Temperaturmessung der Substratoberfläche wurde ein in-situ Pyrometer verwendet. Die relevanten elektrischen Parameter wurden mittels eines Oszilloskops bestimmt. Es stellte sich heraus, dass ein Gesamtionenstrom von bis zu 48mA implantiert werden konnte. Dies entspricht bis zu 3.5 x 1015 Ionen cm-2 s-1 und dementsprechend einem Energiestrom von bis zu 5 J cm-2 s-1. Die daraus resultierenden Temperaturen der Substratoberfläche betrugen bis zu 600 °C. Diese Parameter bewegen sich durchaus im Parameterfeld herkömmlicher Anlagen. Der erste inhaltliche Arbeitsgegenstand dieser Arbeit bestand darin, die Oberfläche der Titanproben unter Verwendung von Sauerstoff als Prozessgas mit einem ausreichend dicken und idealerweise kristallinen Titandioxid zu modifizieren. Auf diese Weise wurde die undefinierte natürliche Oxidschicht durch ein definiertes Oxid ausgetauscht. Röntgen-Diffraktometrie Messungen der modifizierten Proben ergaben neben alpha-Titan auch Rutil als primäre Kristallstruktur in der Oberfläche. Durch Variation der Prozessparameter, speziell des Duty-Cycle und damit des Ionenstroms bzw. der Temperatur der Titanproben, konnte die Konzentration an Rutil direkt gesteuert werden. Der zweite inhaltliche Arbeitsgegenstand bestand in der Modifikation des Prozesses und des Versuchsaufbaus zur Dotierung des Titans mit einem antimikrobiell wirksamen Metall, wobei Kupfer aufgrund seiner biologischen Eigenschaften favorisiert wurde. Um die positiven physikochemischen Eigenschaften der Titandioxidoberfläche bestmöglich zu nutzen, wurde parallel zur Dotierung mit Kupfer eine definierte Titandioxid-Schicht erzeugt. Als Prozessgas wurden dafür sauerstoffhaltige Gase, speziell Sauerstoff und Wasserdampf verwendet. Es zeigte sich, dass mit Sauerstoff aufgrund des hohen atomaren O Anteils CuO und TiO2 erzeugt, während mit Wasserdampf, aufgrund der reduzierenden Wirkung des Wasserstoffs, bis zu 30% metallisches Kupfer in die TiO2 Matrix eingebracht werden konnte. Zusätzlich konnte ein Übergang von alpha-Titan für kleine Ionendosen zu Rutil für Dosen oberhalb von 4 x 1018 Ionen cm-2 und 450 °C festgestellt werden. Weiterhin zeigten die Diffraktogramme Ti3O als Übergangsmodifikation, jedoch keine Kupfer- oder Kupferoxidkristalle. Durch geeignete Prozessparameterwahl ist es daher selbst bei geringen Implantationsspannungen von 10 kV möglich, einen bis zu 200nm dicken Verbund aus kristallinem TiO2 (Rutil) angereichert mit metallischem Kupfer zu erzeugen. Ein zusätzlicher Arbeitsgegenstand bestand in exemplarischen Zelltests mit Staphylococcus aureus (MRSA) und MG-63 Zellen als Vertreter für problematische Krankenhauskeime bzw. als Modellorganismus für Knochenzellen. Parallel zu diesen Versuchen wurde das Kupfer-Release der mit Kupfer dotierten Titanoberfläche bestimmt. Mit höheren Ionendosen während der Ionenimplantation konnten die Proben dahingehend modifiziert werden, dass eine höhere Kupferkonzentration aus dem Verbund ausgelöst wurde. Dieser Verlauf spiegelte sich auch in den Zelltests wieder. Während die Vitalität der MG-63 Zellen mit steigender Dosis abnahm, stieg die antibakterielle Wirkung an. So konnten über 95% der Bakterien getötet werden, wobei die Zellvitalität mit 80% im Vergleich zur Zelle auf dem Deckgläschen immer noch sehr hoch war. Weiterhin wurde eine brauchbare numerische Simulation erstellt, die ein besseres Verständnis der physikalischen Prozesse auf und unter der Oberfläche der zu modifizierenden Proben ermöglichte. Zusätzlich kann, basierend auf dieser Simulation, eine Prozessabstimmung geschehen. In die Simulation gingen die mit der Software TRIM simulierten Tiefenprofile, Sputterraten der einzelnen Oberflächenelemente, Elementanteile der Oberfläche sowie der einfliegenden Ionen und deren Energie mit ein. Dabei zeigte sich, dass die experimentell erhaltenen Tiefenprofile mit diesem Modell bis zu einem gewissen Genauigkeitsgrad qualitativ und quantitativ erklärt werden können.
Numerische Lösung von Optimalsteuerungsaufgaben unter Nebenbedingungen mit biologischen Anwendungen
(2010)
In dieser Dissertation wird ein Verfahren zur Lösung von Optimalsteuerungsaufgaben mit Steuer-Zustandsbeschränkungen vorgestellt. Dazu werden die notwendigen Bedingungen an eine optimale Lösung benutzt, die ein System aus algebraischen Gleichungen, Ungleichungen und Differentialgleichungen erzeugen. Dieses System wird mit einem Newton-ähnlichen Ansatz gelöst. Außerdem wird die Erweiterung auf Problemen mit reinen Zustandsbeschränkungen vorgeführt. Eine deutliche Verbesserung der Konvergenzergebnisse kann durch die Anwendung der Fisher-Burmeister-Funktion auf die Komplementaritätsbedingungen erzielt werden. Die Iterationsverfahren werden auf eine Reihe von restringierten Optimalsteuerungsaufgaben (Aufgaben mit reinen Steuerbeschränkungen, gemischten Steuer-Zustandbeschränkungen und reinen Zustandsbeschränkungen für einzelne Zeitpunkte und für das gesamte Optimierungsintervall) angewendet, um ihr Verhalten bei verschiedenen Startwerten sowie unterschiedlichen Schrittweitenansätzen zu untersuchen. Dazu werden zum einen zwei aus der Literatur bekannte Aufgaben (das Rayleigh-Problem und das Minimum-Ernergy-Problem) gelöst und zum anderen werden zwei Probleme mit biologischem Hintergrund untersucht. So wird eine Optimalsteuerungsaufgabe aus der Fischerei um geeignete Einnahmenbedingungen erweitert, die absichern sollen, dass die Fischer keine längeren Phasen ohne Kapitalzuwachs haben. Dazu wird zwischen einer globalen Bedingung und einer Bedingung für endlich viele Zeitpunkte unterschieden. Desweiteren wird ein Modell einer HIV-Erkrankung untersucht, bei dem die numerischen Verfahren, die die notwendigen Bedingungen an eine optimale Lösung benutzen, nur für geringe Behandlungszeiten (bis zu 50 Tage) das Problem lösen. Es zeigt sich, dass die Stabilität dieser Verfahren deutlich verbessert werden kann, wenn das Modell um eine Obergrenze für die T-Zellen erweitert wird. Den Abschluss der Dissertation bildet ein Kapitel zur Konvergenzuntersuchung, in dem sich zeigt, dass die verwendeten Iterationsverfahren teilweise von sehr schlechter Konvergenzordnung sind, da die Bedingung für eine lineare Konvergenz nicht erfüllt wird.
Im Bereich der Orthopädie und Traumatologie fordern die zunehmende Zahl an Non-Union- und Delayed-Union-Frakturen sowie auch aus volkswirtschaftlicher Sicht die zunehmend alternde Gesellschaft mit entsprechend medizinischen Komplikationen neue Ansätze im Bereich des Tissue Engineerings. Bisherige Fortschritte diesbezüglich lassen sich hauptsächlich im Bereich des viralen Gentransfers mit Knocheninduktion durch Bone morphogenic Proteins (BMPs) sowie durch die Verwendung von Matrixgerüsten mit entsprechenden Plasmiden erkennen. Rückschläge im Bereich des viralen Gentransfers sowie die große Aufwendigkeit in der Herstellung der Matrixgerüste fordern jedoch andere Methoden. Hierbei ist Calcium-Phosphat als non-viraler Vektor eine Möglichkeit. Sfeir et al. entwickelten Nanopartikel aus Calcium-Phosphat (NanoCaPs), die die gewünschte Plasmid-DNA schützend umschließen und in die Zelle transportieren. Da die Transfektion durch viele Faktoren beeinflusst wird, erfolgte die Optimierung dieser für HeLa-Zellen in vitro. Als Markerplasmid fand das gWIZ™ (Green Fluorescent Protein) Verwendung. Die untersuchten und variierten Parameter waren die Inkubationszeit der Transfektionslösung auf den Zellen, Mediumzusätze wie Serum und Antibiotikum sowie unterschiedliche Verhältnisse von Vektor zu DNA. Hierbei konnte eine optimale Inkubationszeit von 48 Stunden eruiert werden. Weiterhin ergab sich die Notwendigkeit von Serum als Mediumzusatz, wobei die Hinzugabe von Antibiotikum als fakultativ zu bewerten ist. Ein optimales Konzentrationsverhältnis konnte bei 1 : 5 bzw. 1 : 10 (DNA zu NanoCaPs) gefunden werden. Vergleichend fanden Untersuchungen mit einem etablierten Vektorsystem, dem kationischen Lipid Lipofectamine™ 2000, statt. Eine ähnliche Optimierung wie bei den NanoCaPs erfolgte, wobei sich hierbei gute Ergebnisse bei Konzentrationsverhältnissen von 1 : 4 sowie 1 : 5 (DNA zu Lipofectamine™ 2000) ergaben. Im quantitativen Vergleich dieser beiden non-viralen Vektorsysteme mittels FACS-Analyse konnten bei den NanoCaPs durchschnittlich 5,9 % transfizierte Zellen bei einem Verhältnis von 1 : 5 (DNA zu NanoCaPs) und bei einem Verhältnis von 1 : 10 (DNA zu NanoCaPs) 11,7 % detektiert werden. Bei Lipofectamine™ 2000 ergaben sich für das Konzentrationsverhältnis 1 : 4 (DNA zu Lipofectamine™ 2000) durchschnittlich 16 % transfizierte Zellen und bei 1 : 5 (DNA zu Lipofectamine™ 2000) 19,7 %. Mittels dieser Nachweismethode werden jedoch nur lebende Zellen gezählt, so dass der bekannten Zytotoxizität des Lipofectamine™ 2000 nur ungenügend Beachtung geschenkt wird. So wird der Anteil transfizierter Zellen zugunsten des Lipofectamine™ 2000 verschoben. Für Calcium-Phosphat hingegen konnte mikroskopisch keine Zytotoxizität beobacht werden und auch in der Literatur ist diese in nur sehr geringem Maße beschrieben. Mit dem Ziel, die NanoCaPs später im Bereich der Knochenbruchheilung zur Proteininduktion einzusetzen, erfolgten weitere Versuchsreihen mit NanoCaPs in vivo. Hierbei konnte bei subkutaner Applikation beim Kaninchen eine erfolgreiche Transfektion mit einzelnen Unterbrechungen für 7 Tage detektiert werden. In Hinblick auf die Hinzugabe von Fibrin als Lösungsstabilisator bzw. Carrier-Matrix zu den NanoCaPs konnte keine Veränderung im Transfektionsergebnis beobachtet werden. Auch in vivo wurden verschiedene Konzentrationsverhältnisse angewendet, wobei sich bei einem Verhältnis von 1:4 (DNA:NanoCaPs) an 5 Tagen positive Banden für GFP im Western Blot zeigten. Weiterhin erfolgte die In-vivo-Testung bei einem Critical-Size-Modell am Kaninchenfemur. Hierbei konnte insgesamt jedoch nur eine positive Bande erkannt werden. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die NanoCaPs erfolgreich in vitro wie auch in vivo transfizieren. Bei der Anwendung in vitro Bedarf es - wie bei anderen non-viralen Vektorsystemen auch - einer Feinabstimmung der einzelnen Parameter, um eine optimale Transfektionseffizienz zu erreichen. Wenn auch in vivo eine deutlich geringere Anzahl an transfizierten Zellen vorlag, so konnte in anderen Studien gezeigt werden, dass schon bei 0,1 % an transfizierten Zellen ein biologischer Effekt durchaus möglich ist. Dieser biologische Effekt könnte in zukünftigen Studien mittels Verwendung eines Bone Morphogenic Proteins anstelle des Green Fluorescent Protein als Genprodukt untersucht werden.
Neue Konzepte für das Protein-Engineering am Beispiel von Enzymen mit alpha/beta-Hydrolasefaltung
(2010)
Trotz einer sehr großen funktionellen Diversität, zeichnen sich die Enzyme innerhalb der α/β-Hydrolasefaltung-Superfamilie durch eine sehr hohe strukturelle Homologie aus, weshalb man annimmt, dass sich deren Vertreter über divergente Evolution aus einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben. Unter Zuhilfenahme von Methoden des Protein-Engineerings sollte im ersten Teil der Arbeit untersucht werden, ob es möglich ist, Enzyme innerhalb dieser Superfamilie ineinander umzuwandeln. Als Modelenzyme dienten eine Esterase aus Pseudomonas fluorescens (PFE) und eine Epoxidhydrolase aus Agrobacterium radiobacter (EchA). Nach der Etablierung geeigneter Analysemethoden für Esteraseaktivität und Epoxidhydrolaseaktivität wurden mittels verschiedener Sequenz- und Strukturalignments Aminosäuren identifiziert, die essentiell für den jeweiligen Reaktionsmechanismus sind. Diese wurden nachfolgend mittels positionsgerichteter Mutagenese in die jeweiligen Enzyme eingefügt und die entsprechenden Mutanten auf die jeweilige Aktivität hin untersucht. Leider zeigte weder die PFE Epoxidhydrolaseaktivität, noch die EchA Esteraseaktivität. Anschließend wurden über weitere Strukturvergleiche ganze Bereiche in Epoxidhydrolasen identifiziert, die möglicherweise von Wichtigkeit für die Funktionalität des Enzyms sind. Es wurden also ganze Bereiche der PFE durch solche der EchA ersetzt und auf diese Weise drei Chimär-Enzyme hergestellt. Diese Chimären wurden mittels Coexpression von Chaperonen hergestellt und anschließend aufgereinigt. Eines dieser Chimärenzyme zeigte eindeutig Epoxidhydrolaseaktivität. Es wird angenommen, dass der Eingangsbereich ins aktive Zentrum der PFE im Wildtyp-Enzym versperrt war und dieser durch den Austausch eines Loops geöffnet wurde. Weiterhin wurde ein Ansatz entwickelt, Esteraseaktivität in der EchA zu generieren. Dieser basiert auf einem strukturbasierten Sequenzalignment, das es erlaubt Aminosäuren zu identifizieren, die sich in Epoxidhydrolasen und Esterasen unterscheiden. Leider führte dieser Ansatz bisher noch nicht zum Erfolg, weshalb weitere Untersuchungen nötig sind. Im zweiten Teil der Arbeit ging es darum, Mutantenbibliotheken für die fokussierte, gerichtete Evolution möglichst klein, aber qualitativ hochwertig herzustellen. Zu diesem Zweck wurde ebenfalls ein strukturbasiertes multiples Sequenzalignment herangezogen, das es erlaubt die Aminosäureverteilung an verschiedenen Positionen des Enzyms in einer riesigen Anzahl strukturell verwandter Enzyme zu bestimmen. Auf diese Weise kann ermittelt werden, welche Aminosäuren an definierten Positionen sehr häufig sind und welche eher selten. Von solchen Resten, die sehr selten sind, wird angenommen, dass sie negative Auswirkungen auf die strukturelle Integrität des Proteins haben und deshalb von der Natur nicht berücksichtigt wurden. Diese Annahme wurde zur Herstellung von Proteinbibliotheken ausgenutzt. In einer fokussierten, gerichteten Evolution wurden einmal 3 und einmal 4 Aminosäuren der PFE simultan und zufällig durch Aminosäuren ersetzt, die sehr häufig in 2800 verwandten Sequenzen an diesen Positionen vorkommen. Die auf diese Weise generierten Bibliotheken wurden einmal auf eine verbesserte Thermostabilität (für die 3 Positionen) und einmal auf eine verbesserte Enantioselektivität untersucht (4 Positionen). Hierbei wurde zusätzlich die Auswirkung der Mutationen auf die Substratspezifität untersucht. Als Vergleichsbibliotheken wurden ebenfalls einmal alle 20 proteinogenen Aminosäuren eingefügt und einmal nur solche, die sehr selten im Alignment auftauchen. Das Ergebnis war in beiden Fällen eine sehr viel bessere Bibliothek, wenn nur solche Reste vertreten waren, die auch in der Natur bevorzugt vorkommen. Dies galt sowohl in Bezug auf die Anzahl aktiver Klone in jeder Bibliothek, als auch auf die Chance eine verbesserte Variante zu finden (stabiler bzw. selektiver). Die besten Mutanten der Bibliotheken hatten im Vergleich zum Wildtyp einen 8°C höheren Schmelzpunkt bzw. einen bis 18fach höheren E-Wert (bei 50facher katalytischer Effizienz). Weiterhin konnten die Substratspezifität um den Faktor 4.300 verändert werden.
Die Arbeit untersucht die Geometrie selbstähnlicher Mengen endlichen Typs, indem die möglichen Nachbarschaften kleiner Teile klassifiziert und ihr Zusammenhang untersucht werden. Anwendungen sind die Dimension von selbstähnlichen Maßen und überlappenden Konstruktionen sowie die Bestimmung von Zusammenhangseigenschaften.
Molekulare Mechanismen der Adaptation sowie Impfstudien zur Bekämpfung von aviären Influenza-A-Viren
(2010)
Wildvögel stellen die natürlichen Wirte und das Hauptreservoir für Influenza-A-Viren dar. Einige Influenza-Stämme konnten sich zudem an verschiedene Säugetierarten wie Mensch, Schwein oder Pferd anpassen. Die molekularen Mechanismen der Adaptation von Influenza-A-Viren an einen neuen Wirt sind komplex. Sie werden u. a. auf eine modifizierte Interaktion viraler Proteine mit Wirtszellproteinen zurückgeführt, die in Verbindung mit dem Auftreten von Punktmutationen in viralen Proteinen, vor allem den Polymeraseproteinen, steht und zu einer optimierten Replikation von Influenza-A-Viren im neuen Wirt führen kann. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden molekulare Werkzeuge entwickelt, die der Identifizierung wirtsspezifischer Interaktionspartner der viralen Ribonukleoprotein-Komplexe (vRNP) dienen können. Dazu wurden mittels reverser Genetik rekombinante Influenza-A-Viren unterschiedlichen Wirtsspektrums mit einem Strep-tag als Markierung am C-Terminus der Polymerase-Untereinheit PB2 generiert. Zu den verwendeten Viren zählten das humane A/HongKong/1/68 (H3N2), die beiden speziesübergreifenden Viren A/swan/Germany/R65/06 (H5N1) (‚R65‘) sowie A/seal/Massachusetts/1/80 (H7N7) und das aviäre A/duck/Ukraine/1/63 (H3N8). Durch Immunfluoreszenz- und Western-Blot-Analysen wurde die stabile Expression des Strep-PB2-Fusionsproteins in infizierten Zellen bestätigt. Es wurde zudem gezeigt, dass die markierten Viren auf Säuger- und Vogelzellen vergleichbar mit den entsprechenden unmarkierten Viren replizieren. Anhand des Strep-getaggten PB2-Proteins des R65-Virus wurden erfolgreich virale RNP-Komple xe aus infizierten Säuger- und Vogel-Zellen mittels Affinitätschromatographie aufgereinigt und deren vier Protein-Bestandteile PB2, PB1, PA und NP durch MALDI-tof-Massenspektrometrie identifiziert. Die Palette getaggter Viren bildet die Grundlage für weiterführende Studien zur Untersuchung Virus-Wirt-spezifischer Wechselwirkungen, die für den Wirtswechsel und die Adaptation von Influenza-A-Viren entscheidend sein können. Die Entstehung des pandemischen Influenza-Virus A/HongKong/1/68 (H3N2) (‚Hk68‘) geht auf ein Reassortment zwischen dem zuvor zirkulierenden humanen H2N2-Virus und einem aviären H3-Stamm zurück. Hierbei wurden die Segmente des humanen Virus, die für das Rezeptor-bindende Protein Haemagglutinin (HA) und die Polymerase-Untereinheit PB1 kodieren, gegen die entsprechenden Segmente des aviären H3-Virus ausgetauscht. Bei einem Sequenzvergleich zwischen dem Hk68-PB1 und dem PB1 des dem unbekannten aviären Donor nahestehenden Isolates A/duck/Ukraine/1/63 (H3N8) (‚dUk‘) wurden lediglich sechs Unterschiede in der Aminosäuresequenz identifiziert, die möglicherweise Folge der Adaptation des Hk68-Virus an den humanen Wirt sind. Nach dem Einfügen der einzelnen Mutationen in das dUk-PB1 wurden homologe RNP-Komplexe (PB2, PB1 und PA sowie NP von Hk68) und heterologe RNP-Komplexe (PB2, PA, NP von Hk68 und PB1 bzw. PB1-Punktmutante von dUk) in transfizierten Säugerzellen rekonstituiert. Mit Hil fe eines Luciferase-Reportertests konnte gezeigt werden, dass der heterologe Hk68/dUk-PB1-Komplex im Vergleich zum homologen Hk68-Komplex eine um 50% erniedrigte Polymerase-Aktivität aufweist. Dieser negative Effekt konnte durch das Einfügen der Mutation PB1 I12V in das dUk-PB1, aber nicht durch eine der anderen fünf Punktmutationen, vollständig aufgehoben werden. Folglich könnte es sich bei dieser Mutation um eine adaptive Mutation handeln. Untersuchungen an in vitro rekonstituierten RNP-Komplexen anderer Viren konnten diese Theorie unterstützen. Wachstumskinetiken des homologen Hk68- und dUk-Virus sowie von ihnen abgeleiteter PB1-Reassortanten und PB1-Mutanten deuteten ebenfalls auf einen Einfluss von Aminosäureposition 12 im PB1-Protein auf die Virusreplikation hin. Mit Hilfe eines ELISAs durchgeführte Bindungsstudien zwischen den PA-Proteinen verschiedener Influenza-A-Viren und PB1-Peptiden mit Valin oder Isoleucin an Position 12 legten zudem eine Zu- bzw. Abnahme der Af finität zwischen PA und PB1 als Ursache für die veränderte Polymeraseaktivität nahe. Hochpathogene aviäre Influenza-A-Viren (HPAIV) vom Subtyp H5 oder H7 verursachen enorme wirtschaftliche Schäden und stellen eine potentielle Bedrohung für den Menschen dar. Die Entwicklung effektiver Impfstoffe ist deshalb in vielfacher Hinsicht sinnvoll. In der vorliegenden Arbeit wurde mittels reverser Genetik eine Elastase-abhängige Mutante des HPAIV A/swan/Germany/R65/06 (H5N1), genannt R65-E, als potentielle lebend-attenuierte Vakzine erzeugt. Dazu wurde die polybasische Spaltstelle im HA des hochpathogenen Virus gegen eine Spaltstelle für die in vivo kaum verfügbare Protease Elastase ersetzt. In vitro wurde mit Hilfe von Plaquetests, Wachstumskinetiken und Western-Blot-Analysen die strikte Abhängigkeit der R65-E-Replikation und der R65-E-HA-Spaltung von Elastase nachgewiesen. Im Gegensatz zum R65-Wildtyp war die R65-E-Mutante in vivo aufgrund der Abwesenheit von Elastase auf einen Replikationszyklus beschränkt und somit hochgradig attenuiert. Insgesamt erwies sich die R65-E-Mutante im Huhn jedoch als wenig immunogen. So kam es 7 Tage nach okulonasaler Infektion von Eintagsküken lediglich zu einer schwachen zellulären Immunantwort basierend auf CD8+ zytotoxischen T-Zellen in der Milz. Eine Antikörper-Antwort wurde nach o kulonasaler oder in ovo Infektion nur bei jeweils einem von zehn bzw. einem von sieben Tieren induziert. Das Vorhandensein H5-spezifischer Antikörper korrelierte hierbei mit einem Schutz der Tiere gegen eine Belastungsinfektion mit dem homologen HPAIV R65. Gleichermaßen ging die Abwesenheit H5-spezifischer Antikörper bei den übrigen Versuchstieren mit einem letalen Verlauf der homologen R65-Belastungsinfektion einher. Ein partieller Schutz gegen eine heterosubtypische Belastungsinfektion mit dem HPAIV R65-H9R66mutR65 sowie eine reduzierte Virusausscheidung bei einigen Tieren der Boostergruppe, die drei Wochen nach okulonasaler Infektion eine zweite Dosis R65-E erhalten hatten, deuteten auf eine R65-E-induzierte zellvermittelte Schutzwirkung hin. Es ist zu vermuten, dass die R65-E-Mutante in vivo überattenuiert war und aus diesem Grund keine protektive Immunabwehr induzieren konnte. R65-E eignet sich daher nicht als lebend-attenuierte Geflügelvakzine.
Von Juli 1998 bis Mai 2007 wurden an der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald 136 Patienten nach Weil operiert, wobei wir 101 davon für eine Folgeuntersuchung nach einem durchschnittlichen Untersuchungszeitraum von 3,5 Jahren gewinnen konnten. Das mittlere Alter der Patienten betrug 54,2 Jahre. Der Frauenanteil lag bei ungefähr 90%. Anhand prä- und postoperativer Werte nach dem Metatarsophalangeal-Interphalangeal Score nach Kitaoka et al. (1994) mit maximal 100 Punkten wurde das Patientenkollektiv beurteilt. Dieser Untersuchungsbogen berücksichtigt objektive Faktoren wie Beweglichkeit und Gelenksstabilität sowie subjektive Faktoren wie Schmerzen als auch die Stellung des Vorfußes. Die Probanden wurden gegliedert angefangen mit Gruppe 1 (20 Fälle, 19,8% der Gesamtheit), die aufgrund ausschließlicher Weil-Osteotomien basierend auf einer primären Metatarsalgie operiert worden sind. Weiterhin gab es 48 Eingriffe (47,53%) mit gleichzeitiger Hallux-valgus-Operation (Osteotomien nach Austin und Akin, Scarf sowie Basisosteotomien), die als Gruppe 2 verzeichnet wurden. Zuletzt wurden alle Patienten mit Voroperationen am Vorfuß, insgesamt 33 Patienten, d.h. 32,67%, als Gruppe 3 klassifiziert. Insgesamt schlossen alle Studienteilnehmer im Mittel mit präoperativen 28,67 zu postoperativen 73,14 Punkten sehr gut ab. Eine Steigerung um 44,5 Punkte war mit vielen ähnlichen Studien vergleichbar (Seide et al. 2000; O'Kane et al. 2002; Gibbard et al. 2003; Garcia-Rey et al. 2004; Sabo et al. 2004; Hofstaetter 2006) und bekräftigt damit die Etablierung der Weil-Technik in der Vorfußchirurgie. Ein Ziel dieser Arbeit war es, mit dem Gruppenvergleich die Frage nach gezielter Indikation zu hinterfragen. Die Klasse 3, d.h. Patienten, die aufgrund einer sekundären Metatarsalgie operiert worden sind, schnitten unter den Gruppen mit postoperativ 80,82 Punkten am besten ab. Hingegen erzielten die Studienteilnehmer mit gleichzeitiger Hallux-valgus-Operation einen postoperativen, mittleren Scorewert von 68,88 ähnlich wie die Probanden in Gruppe 1 mit 70,7 Punkten. Gerade in den Unterpunkten der postoperativen Beschwielung und der Bewertung der Vorfußstellung fiel die zweite Gruppe signifikant schlechter aus. Dennoch verzeichnete das Patientenkollektiv 3 die meisten Komplikationen mit 27,3%, darunter nachfolgende Entfernungen von störendem Osteosynthesematerial, eine PIP-Arthrodese, eine Knochennekrose und Wundinfektionen. Im gesamten Patientenklientel erlitten hingegen nur 20,79% eine Komplikation. Als Fazit betrachten wir die Osteotomie nach Weil als ein sehr effektives Verfahren zur operativen Therapie der Metatarsalgie und bestärken dessen Etablierung. Trotzdem sich ein erhöhter Anteil von Komplikationen bei Patienten mit Voroperationen am Vorfuß auftat, empfehlen wir aufgrund der exzellenten Scoreergebnisse die Weil‘sche Methode auch dort anzuwenden. Aus unseren Untersuchungen stellten wir fest, dass diese Art der Operation eine gezielte Verfahrensweise selbst unter erschwerten Bedingungen bei vorhergehenden Eingriffen bietet. Mit einer realistischen Aufklärung über eine mögliche spätere Metallentfernung und dem verstärkten Entgegenwirken von Wundinfektionen verkörpert die Weil-Technik nicht nur eine Alternative, sondern eine Präferenz für die optimale Behandlung von Patienten mit sekundärer Metatarsalgie.
Die Millimeterwellentherapie (MWT) ist ein viel versprechendes komplementärmedizinisches Verfahren, evidenzbasierte Untersuchungen zu ihrer analgetischen Effektivität fehlen aber bisher. Das Ziel dieser Studie war zu untersuchen, ob eine MWT den Opioidverbrauch im Vergleich zu einer Scheinbehandlung im Rahmen einer postoperativen Schmerzbehandlung bei Patienten, die sich einer Knie-Totalendoprothesenimplantation unterzogen, reduzieren kann. Achtzig Patienten wurden randomisiert millimeterwellen- oder scheinbehandelt. Patienten und der die Studienbehandlung Ausführende waren gegenüber der Tatsache verblindet, welche Behandlung einer MWT entsprach. Die MWT bestand aus 6 Sitzungen von je 30min Dauer. Während jeder dieser Sitzungen wurde die Operationswunde am Knie mit elektromagnetischen Wellen mit Frequenzen von 50-75 GHz und einer Intensität von 4,2 mW/cm2 behandelt. Die medikamentöse postoperative Schmerztherapie mit Piritramid via PCA-Pumpe wurde so gesteuert, dass eine Schmerzintensität von unter 40 auf der VAS-100 resultierte. Der primäre Endpunkt war der Piritramidverbrauch bis einschließlich 3. postoperativen Tag. Als sekundäre Endpunkte wurden betrachtet: der Gesamt-Ibuprofenverbrauch vom 4. postoperativen Tag bis zur Beendigung der Studienbehandlung, der Erfolg der Patientenverblindung, die Häufigkeit der Tramadolanforderung, die Zufriedenheit mit der Studienbehandlung, die Inzidenz von Nebenwirkungen, Blutdruck und Herzfrequenz. Der Piritramidverbrauch war in beiden Gruppen gleich, wobei alle Patienten eine adäquate Schmerzreduktion angaben. Die Werte bezüglich der sekundären Endpunkte waren ebenfalls vergleichbar. Die Mehrzahl der Patienten beider Gruppen war der Überzeugung, eine Millimeterwellenbehandlung bekommen zu haben und würde sich dieser in Zukunft erneut unterziehen. Eine MWT mit den von uns angewendeten Parametern und bei Wundexposition ist nicht in der Lage, den Opioidverbrauch im Vergleich zu einer Scheinbehandlung nach Knie-Totalendoprothesenimplantation zu reduzieren.
Die Arbeit befasst sich mit der Parameterbestimmung in gewöhnlichen Differentialgleichungssystemen aus gegebenen Messdaten. Als Zielfunktion wird die quadratische Abweichungen betrachtet, ebenso wie die Betragssummen- und Tschebyschev-Norm der Differenz von der Lösung der gewöhnlichen Differentialgleichung und des Messwert-Vektors. Zur Anwendung kommen dabei sowohl iterative Optimierungsverfahren als auch direkte Methoden der optimalen Steuerung.
Mehrfachdelinquenz unter Alkoholeinfluß im Straßenverkehr sowie bei anderen kriminellen Delikten
(2010)
Die vorliegende Studie beschäftigt sich mit Straftatbeständen im Wiederholungsfall unter Alkoholeinfluß in Vorpommern und dem südlichen Mecklenburg. Das entscheidende Einschlusskriterium für diese Untersuchung war mindestens eine wiederholte rechtswidrige Auffälligkeit unter Alkoholeinfluss. Im Zeitraum 1998 bis 2002 konnten aus ca. 30.000 Polizeiprotokollen insgesamt 4.617 Wiederholungsdelikte ermittelt werden. Davon entfielen 3.215 auf den Straßenverkehr, begangen durch 1.587 Einzeltäter. Das entspricht fast 70 % aller begangenen Wiederholungstaten unter Alkoholeinfluss. Auf andere kriminelle Delikte entfielen 945 Erfassungen, wobei ca. zwei Drittel allein Körperverletzungen waren. Mit ca. 98 % Beteiligung sind Männer die am häufigsten als Mehrfachdelinquenten auftretende Gruppe. <p> Die Altersstruktur der Täter erstreckt sich über einen Altersbereich von 13 bis 85 Jahren. Im Vergleich mit anderen Jahrgängen sind Täter im Alter von 18 - 25 Jahren auffallend häufig vertreten, die auch überproportional an schweren Verkehrsunfällen beteiligt sind. Die festgestellten Blutalkoholkonzentrationen in Kombination mit einer Straftat bleiben über die einzelnen Jahre des Erhebungszeitraumes hinweg konstant im Bereich der absoluten Fahruntauglichkeit bei einem Mittelwert von 1,85 mg/g. Die Blutalkoholkonzentrationen der Rückfalltäter steigen mit zunehmendem Alter. Mit dem Anstieg der Blutalkoholkonzentration steigt auch die Deliktschwere. Ca. 38% der Rückfalltaten im Straßenverkehrsbereich wurde mit einer Blutalkohlkonzentration über 2,0 mg/g von ca. 35% der Delinquenten begangen. Dabei ist der Anteil derjenigen alkoholisiert am Straßenverkehr teilnehmenden allein Unfälle verursachenden Täter gering (11,2 %). Wiederholungstäter werden überwiegend durch Zufall wiederholt aktenkundig. Das Hauptproblem im Untersuchungsgebiet ist der junge, wiederholt im Bereich der absoluten Fahruntauglichkeit alkoholisiert am Straßenverkehr teilnehmende Mann, der so für über 30% der Unfälle unter Alkoholeinfluß verantwortlich ist. Über die anderen kriminellen Delikte im Wiederholungsfall ist das Datenmaterial zu gering, um allgemeingültige Aussagen treffen zu können, doch auch hier gilt obige Feststellung, daß vornehmlich junge, hochalkoholisierte Menschen zu Wiederholungstätern werden.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse und Modellierung des Microarrayexperiments. Hierfür wird das gesamte Experiment in fünf Teilprozesse zerlegt, die Reverse Transkription, die Hybridisierung, das Waschen, die Fluoreszenz und die Detektion. Jeder Teilprozess wurde separat modelliert und analysiert. Anschließend wurde die Teilprozesse im Gesamtmodell vereint und dieses für verschiedene Parametersituationen simuliert. Diese Arbeit ermöglicht eine mathematische Handhabung des Microarrayexperiments und deckt seine Abhängigkeit von den einzelnen Schritten des Experiments auf. Dies kann benutzt werden, um Normalisierung und Analyse zu verbessern.
Der Internist Georg Ganter (1885 – 1940) ist bisher vor allem als Pionier der Peritonealdialyse bekannt. Zweifellos war er hier Vorreiter – der Erste, der die Eigenschaften des Peritoneums zur Entgiftung nicht nur erkannte, sondern auch am Patienten in Form von Peritoneal- beziehungsweise Pleuraspülungen zur symptomatischen Therapie erstmals einsetzte. Außer der ausführlichen geschichtlichen Einordnung der Peritonealdialyse und Ganters Bedeutung für diese wurden in der vorliegenden, erstmaligen Monographie über Georg Ganter auch seine anderen medizinischen Arbeitsbereiche umfassend untersucht – unter anderem seine zahlreichen Arbeiten zur Herz-Kreislauf-Forschung und der Erforschung des Gastrointestinaltraktes. Im biographischen Teil wurden Ganters Lebensstationen vollständig aufgearbeitet, besonderes Augenmerk galt hier seinem Werdegang zu Zeiten des Nationalsozialismus. Es wurde ausgeführt, warum Georg Ganter als Gegner des nationalsozialistischen Regimes 1937 seiner universitären Funktionen enthoben wurde.
Bei vielen onkologischen Krankheitsbildern stellt das Vorhandensein und Ausmaß eines Lungenbefalls den das Überleben limitierenden Faktor dar. Die chirurgische Resektion der Lungenmetastasen ist derzeit die einzige potentiell kurative Behandlung. Da bei vielen Patienten aufgrund von Komorbiditäten eine Resektion nicht möglich ist, wurden in den letzten Jahren alternative lokalablative Behandlungsmethoden wie die Laserablation entwickelt, die parenchymsparend, komplikationsarm und potentiell wiederholbar sind und zu einer Steigerung der Überlebenszeit und Verbesserung der Lebensqualität für inoperable Patienten führen können. Aussagen über Langzeiterfolge konnten aufgrund zu kleiner Patientenzahlen und zu geringer Nachbeobachtungszeiträume bisher nicht getroffen werden. Ziel dieser retrospektiven Untersuchung ist die Beurteilung des therapeutischen Potentials der Laserablation bei Patienten mit pulmonalen Metastasen unterschiedlicher Primärtumore anhand von Langzeitergebnissen. Die Studie basiert auf 64 Patienten mit insgesamt 108 behandelten Lungenmetastasen, die im Universitätsklinikum Greifswald in 129 Therapiesitzungen mittels Laserablation therapiert wurden. Für die Behandlungen wurden ein Nd-YAG-Laser (1064 nm) und spezielle Power-Laser-Applikationssysteme perkutan eingesetzt. Alle 64 Patienten tolerierten die Therapie unter Lokalanästhesie und Analgosedierung gut. Die Mortalitätsrate betrug 0 %. Das Auftreten eines Pneumothorax war die häufigste Komplikation während der Laserablation. Insgesamt trat er in 49/129 Ablationssitzungen auf (38 %). In 5 % der Fälle (7/129) handelte es sich um einen behandlungsbedürftigen Pneumothorax, der während der Intervention mittels Drainagenanlage therapiert wurde. Paremchymblutungen kamen in 13 % der Therapiesitzungen vor und waren in allen Fällen selbstlimitierend, in 7 % führten sie zu temporären Hämoptysen. Kleine reaktive Pleuraergüsse traten in 24/129 Fällen (19 %) auf. Diese waren nicht therapiebedürftig. Klinisch relevante Komplikationen, die zu einer verlängerter Hospitalisierung, unerwartetem gesteigerten Behandlungsaufwand oder zu einer stationären Wiederaufnahme führten traten in nur 3 Fällen (2 %) auf. In der Erstbehandlung konnten 78 % aller Metastasen komplett technisch erfolgreich behandelt werden. Das mediane Gesamtüberleben aller Patienten betrug 23,1 Monate (95 % Konfidenzintervall, 11,8 – 34,5 Monate) mit 1-, 3- und 5-Jahres-Überlebensraten von 69 %, 30 % und 18 %. In der Gruppe der komplett erfolgreich behandelten Patienten betrug die mediane Überlebenszeit 32,4 Monate (95 % KI, 17,5 – 47,3 Monate) mit 1-, 2- und 5-Jahres-Überlebensraten von 81 %, 44 % und 27 %. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen einen signifikanten Einfluss der Metastasenanzahl (Median 2) und der Metastasengröße (Median 2,1 cm) auf den technischen Behandlungserfolg. Die Erfolgsrate lag bei pulmonalen Metastasen < 3 cm bei 88 %, bei Metastasen zwischen 3 und 5 cm bei 77 % und bei Metastasen > 5 cm bei 17 %. Mit zunehmender Metastasengröße stieg die Rezidivrate und das rezidivfreie Intervall sank. Die Rezidivrate bei Metastasen < 3 cm betrug 24,6 %, bei Metastasen 3-5 cm 36,4 % und 50 % bei Metastasen > 5 cm. Mit zunehmender Größe der Metastasen sank das rezidivfreie Intervall (31,4 Mon., 14,1 Mon., 4,5 Mon.). Unterschiedliche Primärtumore zeigen unterschiedliche Tendenzen hinsichtlich der Verbesserung der Überlebenszeiten nach Laserablation. So scheinen pulmonale Metastasen mit einem Primärtumor der HNO-Region in unserer Studie am meisten von der Lasertherapie zu profitieren. Allerdings war der Einfluss des Primärtumors auf die Überlebenszeiten in unserer Studie bei geringen Patientenzahlen nicht signifikant und muss in folgenden Studien weiter evaluiert werden. Die Ergebnisse nach 5 Jahren Erfahrung in unserer Studie lassen den Schluss zu, dass die perkutane Laserablation ein effektives Verfahren zur technisch erfolgreichen Behandlung von Lungenmetastasen mit einer Anzahl nicht mehr als 2 und einer Tumorgröße von nicht mehr als 2,1 cm darstellt. Bei einer technisch erfolgreichen Gesamtbehandlung kann eine deutliche Erhöhung der Überlebenszeiten und Senkung der Rezidivraten bei gleichzeitig schonendem und auch beliebig oft zu wiederholendem Therapieerfahren für inoperable Patienten erzielt werden.
Zielstellung: Ziel war die Zusammenstellung von Kurz- und Langzeitergebnissen von Radioiodtherapien beim Morbus Basedow in Abhängigkeit von bestimmten Einflussparametern. Dabei sollten Einflussfaktoren auf das Remissionsergebnis und die Hypothyreoserate evaluiert werden. Weiterhin fokussierte sich diese Arbeit auf die Ausarbeitung von Parametern und Konzepten für eine mögliche Langzeiteuthyreose und eine Bewertung der Radioiodtherapie im Kontext zu den vorhandenen Komorbiditäten und subjektiven Beschwerden. Methoden: Bei dieser Arbeit handelt es sich um eine retrospektive Kohortenstudie der mit Radioiod in der Universitätsklinik Greifswald therapierten Immunhyperthyreosen vom Typ Morbus Basedow. Grundlage bildet die Radioiodtherapie-Datenbank der nuklearmedizinischen Universitätsklinik. Eingeschlossen wurden alle mit Morbus Basedow therapierten Patienten aus den Jahren 1991 – 2008 mit mindestens einer nuklearmedizinischen Nachkontrolle (n = 1348). Davon erhielten 146 Patienten eine Zweittherapie. 90 Patienten wurden, aufgrund unzureichender Kontrolldaten, ausgeschlossen. Die Datengewinnung erfolgte über Befundberichte der niedergelassenen Nuklearmediziner, mit Erfassung von Schilddrüsenhormonen und -antikörpern, Schilddrüsenvolumen, dem Technetium-Uptake (TcTU), Schilddrüsenmedikation, Begleiterkrankungen und subjektiven Beschwerden. Es lagen im Median 2 (2; 8) Nachkontrollen pro Patient und insgesamt 3238 Kontrolljahre vor. Fehlende Patientendaten wurden postalisch über einen Fragebogen, mit den Parametern Schilddrüsenfunktion, Medikation, vorherige Arztkonsultationen, aktuelle Beschwerdesymptomatik und Patientenzufriedenheit, erfasst. Hierbei wurden 147 Rückantworten erzielt, bei 325 versendeten Fragebögen (45%). Die Auswertungen erfolgten mittels deskriptiver Statistik, Häufigkeitsdarstellungen, Ereignisanalysen (Kaplan-Meier) und Diskriminanzanalysen. Zur Ermittlung von Gruppenunterschieden wurden der U-Test bzw. H-Test durchgeführt. Ergebnisse: Die Gesamtremissionsrate des Patientenkollektivs beträgt drei Monate nach Radioiodtherapie 78,2% und ein Jahr nach der Behandlung 84,4%. Ein Jahr nach Therapie überwiegen Hypothyreosen gegenüber den Euthyreosen mit 55,6% zu 28,9%. Über den Betrachtungszeitraum von 18 Jahren zeigen sich deutliche Unterschiede in den Remissionsraten. Zusammengefasst beträgt die Remissionsrate in den Jahren 1991-1999 79,3%, während sie von 2000-2008 bei 87,4% liegt. Die mediane Dosis stieg seit dem Jahr 1991 von 120 Gy auf 238 Gy im Jahr 2008, während das mediane prätherapeutische Volumen von 64 ml im Jahr 1991 auf 28 ml im Jahr 2008 sank. Versager einer Ersttherapie erzielten in 94,8% der Fälle einen Erfolg nach der zweiten Behandlung. Allgemeine und kardiale Beschwerden verbesserten sich nach der Therapie, je nach Schweregrad, in 60 bis 90% der Fälle. Bei endokrinen Orbitopathien besserte sich in 46% der Fälle der Zustand, 5,7% der Orbitopathien zeigten sich progredient. Nach drei Jahren wiesen noch 30% der Patienten eine Euthyreose auf. Fünf Jahre nach Therapie verringerte sich dieser Wert auf 19%. Die Wahrscheinlichkeit, nach über zehn Jahren noch eine euthyreote Schilddrüsenfunktion aufzuweisen, liegt bei 9,5%. Fragebogenpatienten, welche nach der Dreimonatskontrolle keinen Nuklearmediziner mehr aufsuchten, wurden in 84% der Fälle durch den Hausarzt weiterbetreut. Im Vergleich zu nuklearmedizinisch nachuntersuchten Patienten wiesen sie eine schnellere Remission auf. Im Langzeitverlauf und bei der Hypothyreoserate bestanden keine Unterschiede zum restlichen Patientenkollektiv. Knapp 70% der Befragten beschrieben in den Fragebögen eine Beseitigung ihrer Schilddrüsenprobleme nach der Therapie. Als Prädiktoren für ein Therapieversagen stellen sich ein hohes Volumen (>60 ml) und hohe Werte beim prätherapeutischen TcTU heraus. Eine hohe Dosis (200-300 Gy), erhöhte prätherapeutische TPO-Werte, ein Absetzen der thyreostatischen Medikation zwei Tage vor RIT und eine euthyreote Stoffwechsellage vor Therapie zeigen einen günstigen Einfluss auf das Remissionsresultat. Beste Konstellationen für eine mögliche Langzeiteuthyreose von mehr als zehn Jahren bieten ein prätherapeutisches Volumen von 40 – 60 ml, ein Alter > 60 Jahre, niedrige prätherapeutische TPO-Antikörper, bei einer verabreichten Dosis im Bereich von 175 bis 250 Gy. Schlussfolgerungen: In einem Dosisbereich von 200 bis 300 Gy und bei Beachtung der Haupteinflussparameter Volumen, thyreostatische Medikation, Stoffwechsellage, TcTU und TPO-AK lassen sich durch die Radioiodtherapie hohe Remissionsraten von über 85% erzielen. Diese Erfolgsraten sind im Langzeitverlauf fast immer mit einer späteren Hypothyreose vergesellschaftet. Die Langzeitergebnisse zeigen einen deutlichen Wandel der Therapiekonzepte hin zur ablativen Therapie. Chancen für eine Langzeiteuthyreose liegen weniger in den therapeutischen Möglichkeiten als in den individuellen Patientenvoraussetzungen (Volumen, Alter, TPO-AK). In einem niedrigen Dosisbereich von 175 bis 250 Gy und bei dem Vorliegen eines Volumens von 40 – 60 ml, einem Alter > 60 Jahre und geringen prätherapeutischen TPO-AK bestehen die größten Aussichten für eine Langzeiteuthyreose. Bei der Beseitigung von allgemeinen und kardialen subjektiven Beschwerden erzielt die Radioiodtherapie gute Resultate, bei einer hohen Patientenzufriedenheit.
Die bedeutende Rolle eines insulinomimetischen Stoffwechsel- und Signalmilieus in glykogenotischen hepatozellulären Präneoplasien konnte in zwei etablierten Rattenmodellen der Zirrhose-unabhängigen Hepatokarzinogenese unlängst belegt werden. Trotz des Einwirkens unterschiedlicher Karzinogene verläuft dieser Prozess sowohl im Modell der niedrigdosierten intrahepatischen Pankreasinseltransplantation in diabetischen Ratten als auch im chemischen Modell mit nicht-diabetischen Ratten nach N-Nitrosomorpholin (NNM)-Exposition nach der typischen glykogenotisch-basophilen Entwicklungssequenz mit ausgeprägten Ähnlichkeiten bezüglich Morphologie und molekularbiologischen Veränderungen. Welche Bedeutung insulinomimetische Mechanismen während der weiteren Karzinogenese in diesen Modellen noch haben und welche zusätzlichen pathogenetischen Faktoren hinzukommen, ist bisher weitgehend unbekannt und soll durch eine globale Genexpressionsanalyse näher beleuchtet werden. Dazu wurden verschiedene morphologische Karzinogenesestadien von Ratten aus dem Inseltransplantations- und NNM-Modell mit Hilfe der komparativen cDNA-Mikroarray-Technik auf intraindividuelle Expressionsveränderungen mehrerer tausend Gene untersucht. Neben glykogenotischen Präneoplasien, weiter fortgeschrittenen gemischtzelligen Präneoplasien und hepatozellulären Karzinomen (HCC) aus dem Transplantationsmodell Streptozotocin (Stz)-diabetischer Ratten sowie glykogenotischen Präneoplasien und HCC aus dem NNM-Modell befand sich auch eine Gruppe autoimmun-diabetischer Ratten mit glykogenotischen Präneoplasien nach Inseltransplantation unter den Versuchstieren. Mit Hilfe dieser Versuchsgruppe sollten potentiell relevante Unterschiede der Expressionsveränderungen zwischen den glykogenotischen Präneoplasien der verwandten Transplantationsmodelle aufgedeckt werden, welche auf die einmalige Stz-Applikation im klassischen Transplantationsmodell zurückzuführen sein könnten. Die Expressionveränderungen betreffen in beiden Modellen mehrere hundert Gene aus zahlreichen zellulären Prozessen, wobei insgesamt (2512 versus 1717) und bei Gegenüberstellung der korrespondierenden Stadien im klassischen Inseltransplantationsmodell stets mehr Gene alteriert sind als im NNM-Modell. Am geringsten ist die Zahl alterierter Gene in den glykogenotischen Präneoplasien der autoimmun-diabetischen Ratten. Die in allen Versuchsgruppen prozentual am stärksten von den Expressionsveränderungen betroffenen Gene stammen von intrazellulären Signalmediatoren, Transkriptionsregulatoren und Membranrezeptoren. Aus dem Bereich des Grundstoffmetabolismus sind Lipid- und Kohlenhydratstoffwechsel am stärksten betroffen. Insgesamt gibt es bezüglich der alterierten Zellprozesse keine wesentlichen Unterschiede zwischen den einzelnen Versuchsgruppen. Die Expressionsveränderungen nehmen bis zur Vervierfachung im Karzinomstadium im Verlauf der Karzinogenese in beiden Modellen zu (kumulativer Effekt). Unter den alterierten Genen finden sich neben solchen des Glukose-Turnovers und der Insulin-Signaltransduktion zahlreiche weitere Karzinogenese-assoziierte Gene, darunter lipogene Mediatoren, mehrere Wachstumsfaktoren (ErbB-, FGF- und Annexin-Familie), Mediatoren der Angiogenese, Apoptoseregulation und der intrazellulären Signaltransduktion, onkogene Transkriptionsfaktoren, DNA-Reparaturgene sowie einige bekannte Protoonko- und Tumorsuppressorgene. Die Expressionsveränderungen sprechen auch für eine Rolle von insulinomimetischen Mechanismen in der späten experimentellen Hepatokarzinogenese, wobei diese eher durch andere Karzinogenese-assoziierte Phänomene als durch direkte Insulinrezeptor-Signalübertragung aufrechterhalten werden könnten. So ließen sich einige Expressionsveränderungen des Glukosestoffwechsels zum Beispiel mit Hilfe des Warburgeffekts oder als Hypoxie-induziert erklären. Darüber hinaus liefern vorliegende Ergebnisse Anhaltspunkte für weitere pathogenetisch relevante Mechanismen während der Karzinogeneseprogression in den untersuchten Modellen. Dazu gehören unter anderem der wachstumsfördernde Einfluss von überexprimierten Wachstumsfaktoren der ErbB-Familie und lipogenen Mediatoren aber auch die Dysregulation des intrazellulären Signalkaskadennetzwerks und des programmierten Zelltods. Die Alteration derselben zellulären Prozesse im Transplantations- und NNM-Modell bestätigt eine große Übereinstimmung im Verlauf der Karzinogenese in beiden Modellen auf Transkriptionsebene. Insgesamt sind die Alterationen im Stz-Modell stärker ausgeprägt. Sowohl die Anzeichen für mögliche vorübergehende Stz-induzierte Genexpressionsveränderungen in den klarzelligen Präneoplasien als auch Ursache und tatsächliche kausalpathogenetische Bedeutung der hier nachgewiesenen Expressionsveränderungen müssen durch weitere Untersuchungen validiert und gezielter analysiert werden.
Erhöhte Plasma-Prorenin- und Plasma-Aldosteron-Konzentrationen werden mit der Entwicklung kardialer Endorganschäden in Verbindung gebracht. Beim transgenen Cyp1a1ren-2 Tiermodell sind durch Variation des auf enteralem Wege verabreichten Prorenin-Transgen-Induktors Indol-3-Carbinol (I3C) die Prorenin-Sekretion und in der Folge die Aldosteron-Sekretion sowie die Höhe des Blutdrucks titrierbar. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu untersuchen, ob die Hypertonie bei Cyp1a1ren-2 transgenen Ratten (TGR) mit einer kardialen Fibrose bzw. Inflammation einhergeht. TGR und transgen-freie Fischer-F344-Ratten (F344) erhielten für zwei bzw. zwölf Wochen I3C (0,167 bzw. 0,125 %). Die Plasma-Prorenin-, -Renin-, und -Aldosteron-Konzentrationen wurden bestimmt. Im linken Ventrikel wurde mittels real-time RT-PCR der mRNA-Gehalt kardialer Marker für Hypertrophie und Fibrose (Transforming growth factor-ß1 [TGF-ß1], Endothelin-1 [ET1], Kollagen Typ 3 [Col3]), oxidativen Stress (funktionelle Untereinheit der Nicotinamid-Adenindinucleotidphosphat-Oxidase [gp91phox]), und Inflammation (Interzelluläres Adhäsionsmolekül-1 [ICAM1]) bestimmt. Außerdem wurde das Ventrikelgewebe histologisch untersucht. I3C-Gabe führte bei TGR zu einer moderaten kardialen Hypertrophie ohne histologische Anzeichen einer Fibrose oder Inflammation. Zweiwöchige I3C-Gabe führte bei TGR zu einem Anstieg der Plasma-Prorenin- (70-fach), und -Aldosteron- Konzentration (4,6-fach) sowie des kardialen mRNA-Gehaltes von Col3 und gp91phox. Bei zwölfwöchiger I3C-Gabe war die Plasma-Prorenin-Konzentration bei TGR sogar ca. 260-fach und die Plasma-Aldosteron-Konzentration ca. 4-fach gegenüber dem Ausgangswert erhöht. Beide Parameter blieben bis zum Ende der zwölfwöchigen Behandlung erhöht. Die Plasma- Renin-Konzentration war hingegen nach vier Wochen I3C auf ca. 25% des Ausgangwertes erniedrigt und blieb bis Versuchsende auf diesem Niveau. Der kardiale mRNA-Gehalt von TGF-ß1, ET1, gp91phox und ICAM1 war nach zwölfwöchiger I3C-Gabe bei TGR erhöht, während zwölfwöchige I3C-Gabe bei F344 zu einer Abnahme des kardialen mRNA-Gehaltes von ET1 und gp91phox führte. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass ein Hyperaldosteronsimus und eine bis zu 260- fach erhöhte Plasma-Prorenin-Konzentration bei TGR in einem Modell der chronischen, nicht-malignen arteriellen Hypertonie keine fibrotischen und inflammatorischen Veränderungen am linken Ventrikel erzeugen.
Bei Patienten mit DCM und Myokarditis sind Störungen der zellulären und humoralen Immunität bekannt. Im Serum dieser Patienten werden unterschiedliche zirkulierende kardiale Autoantikörper gefunden, die eine kardiodepressive Wirkung haben. Diese Autoantikörper können durch die Immunadsorption (IA) aus dem Plasma extrahiert werden. Es wurden die Einflüsse des durch die IA gewonnenen Eluates mit den darin enthaltenen Autoantikörpern von 10 DCM Patienten auf die Kontraktilität, die Herzfrequenz und den Koronarfluss an isolierten Rattenherzen zu untersuchen. Die Ergebnisse unserer Studie zeigen eine dosisabhängige Reduktion der systolischen und diastolischen Funktion im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die Koronarperfusion nahm sowohl in der Kontrollgruppe als auch, noch ausgeprägter, in der DCM-Gruppe ab. Die Herzfrequenz blieb in beiden Gruppen stabil. Hämodynamische Phänomene einer Herzinsuffizienz können somit durch Perfusion mit myokardialen Autoantikörpern imitiert werden. Jedoch können die bisher bekannten kardialen Antikörper die beobachteten in-vitro Effekte nicht komplett erklären.
Im Klinikalltag sind das Auftreten neuer Antibiotikaresistenzen und die steigende Anzahl an chronisch infizierten Wunden ein Problem. Um dem zu begegnen, stehen derzeit die Entwicklung neuer antimikrobieller Chemotherapeutika sowie die kalkulierte, auf Antibiogrammen begründete Antibiotikatherapie im Fokus. Auch die kombinierte Anwendung von systemisch wirksamen Antibiotika und lokal wirksamen Antiseptika auf chronisch infizierten Wunden ist bereits gängige Praxis im Klinikalltag. Untersuchungen, die Kombinationen aus Antibiotika und Antiseptika auf Wechselwirkungen bzw. Interaktionspotenziale prüfen, sind trotz ihrer häufigen Anwendung bisher aber kaum durchgeführt worden. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb das Interaktionsverhalten von AB/AS-Kombinationen untersucht. Getestet wurden die Antibiotika Ciprofloxacin, Gentamicin, Amikacin, Vancomycin, Mupirocin und Linezolid in Kombination mit den Antiseptika Octenidindihydrochlorid, Chlorhexidindigluconat und Polihexanid. Die Auswahl der Bakterien orientierte sich an den in chronisch infizierten Wunden häufig nachzuweisenden Erregern Staphylokokken, Enterokokken, Pseudomonaden und E. coli [17][15]. An Nährmedien kamen Isosensitest-, Müller-Hinton-, CSA- und Blut-Agar zum Einsatz. Dem Blut-Agar wurde in Hinblick auf die Problematik im Klinikalltag die größte Bedeutung bezüglich der Ergebnisinterpretation beigemessen. In Vorversuchen wurden die für die in den Hauptversuchen notwendigen MHK’s der Antiseptika mittels Mikroagardilutionsmethode bestimmt. In den Hauptversuchen wurde mit Hilfe des Agardiffusions-Dilutions-Kombitests ermittelt, wie sich die Hemmhofdurchmesser der AB/AS-Kombinationen im Vergleich zu denen der Kontrollversuche (reiner Agardiffusionstest mit Antibiotika) verändern. Anhand des Änderungsverhaltens im Hemmhofdurchmesser konnte entweder „additives/synergistisches“, „antagonistisches“ oder „indifferentes“ Interaktionsverhalten nachgewiesen werden. Aus insgesamt 372 getesteten Kombinationen (aus Antibiotika, Antiseptika, Erreger und Agar) konnten 65 als (über-)additiv und 20 als antagonistisch bewertet werden. Die hohe Anzahl sich indifferent verhaltender AB/AS- Kombinationen begründet sich in der Größe des geschätzten Standardfehlers. Additives/synergistisches Interaktionsverhalten zeigte sich am häufigsten bei der Testung gegen Staphylokokken, gefolgt von Pseudomonaden. 68 Antagonistisches Interaktionsverhalten trat weder bei Staphylokokken noch bei Enterokokken auf. Gegen Pseudomonaden zeigten die Kombinationen CIP 5/Octenidin, CIP 5/Chlorhexidin und AK 30/Chlorhexidin ein hohes Interaktionspotenzial. Die Kombination CIP 5/Octenidin wirkte maßgeblich antagonistisch, CIP 5/ Chlorhexidin und AK 30/Chlorhexidin dagegen rein additiv/synergistisch. Bei der Testung gegen Enterokokken und E. coli traten kaum Interaktionen auf. Auf Blut-Agar fielen insbesondere die AB/AS-Kombinationen CIP 5/ Chlorhexidin, LZD 30/Chlorhexidin, LZD 30/Octenidin, LZD 30/Polihexanid und VA 30/Chlorhexidin auf. Alle fünf Kombinationen zeigten bei Staphylokokken ein additives/synergistisches Interaktionsverhalten. Kann ihr Interaktionsverhalten in größeren Studien bestätigt werden, könnten diese Kombinationen als neue Therapieoptionen in der Behandlung chronisch infizierter Wunden an Bedeutung erlangen. Antagonismus wurde nur durch eine sehr geringe Anzahl an AB/AS-Kombinationen auf Blut-Agar hervorgerufen. Das stärkste Potenzial wies CIP 5 in Verbindung mit Octenidin bei Pseudomonaden auf. Der Einsatz dieser Kombination sollte daher im Klinikalltag möglichst vermieden werden. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Interaktionen nicht allein von der AB/AS-Kombination, sondern auch von der Art des Agars und Erregers abhängen. Dennoch sind sie richtungsweisend und sollten Anlass dazu geben, weitere Untersuchungen in der AB/AS-Kombinationstestung durchzuführen, um Fortschritte erzielen zu können.
Im heutigen Klinikalltag werden zur Behandlung chronischer Wunden Antiseptika und Antibiotika häufig kombiniert. Die vorliegende Arbeit hinterfragt diese Kombinationen, da sie oft ohne Wissen möglicher Wechselwirkungen verabreicht werden. Wir haben das Interaktionspotential der drei Antiseptika Octenidindihydrochlorid, Polihexanid und Chlorhexidindigluconat mit folgenden ß-Lactam-Antibiotika untersucht: Oxacillin, Ampicillin, Piperacillin + Tazobactam, Imipenem und Ceftazidim. In der Auswahl der Erreger haben wir uns auf die konzentriert, die statistisch besonders häufig in chronischen Wunden nachgewiesen werden: zwei S. aureus Stämme, ein MRSA-Stamm, zwei Enterococcus-, vier Pseudomonaden- und zwei E. coli-Stämme. In Vorversuchen haben wir mit der Mikroagardilutionsmethode die MHK’s der Erreger der verschiedenen Antiseptika auf den verschiedenen Agarsorten (Müller-Hinton-, Isosensitest-, CSA- und Blutagar) bestimmt. Orientierend an diesen Werten haben wir in den Hauptversuchen mittels Agardiffusions-Dilutions-Combitest das Interaktionspotential der oben genannten Antiinfektiva untersucht. Dazu haben wir Platten mit den Konzentrationen MHK, 1/8 MHK und 1/16 MHK gegossen. Bei der Auswertung wird deutlich, dass nicht alle Kombinationen bedenkenlos zusammengestellt werden sollten. In unseren Versuchen schneidet OCT am besten ab, hier vor allem die Kombination mit IMP 10. Auch PHMB weist gute Ergebnisse auf und nimmt eine Position zwischen OCT und CHX ein. CHX schneidet bei unseren Versuchen am schlechtesten ab und sollte sehr kritisch eingesetzt werden. Die Ergebnisse machen aber auch deutlich, dass es klare Unterschiede bezüglich der Erreger gibt.
Das hepatozelluläre Karzinom stellt weltweit einen der am häufigsten auftretenden malignen Tumoren mit limitierten therapeutischen Optionen dar. Ein besseres Verständnis der Tumorigenese durch tierexperimentell gewonnene Erkenntnisse kann zur Entwicklung zielgerichteter Medikamente beitragen. Ein langjährig etabliertes Modell zur Erzeugung hepatozellulärer Karzinome im Tierexperiment ist die tägliche orale Gabe von N-Nitrosomorpholin (NNM). Die chemische Hepatokarzinogenese durch NNM führt abhängig von Dosis und Dauer in der Rattenleber zur Entstehung von Präneoplasien, hepatozellulären Adenomen und Karzinomen. Zu diesem Prozess trägt der Transforming Growth Factor alpha (TGF-alpha) über die Aktivierung des transmembranären Epidermal Growth Factor Rezeptors (EGFR) im Sinne einer Proliferationsaktivierung der Hepatozyten bei. In der vorliegenden Arbeit wurde die Methode der chemischen Hepatokarzinogenese in Kombination mit der oralen Gabe des Tyrosinkinaseinhibitors Gefitinib, der selektiv die intrazelluläre Tyrosinkinase des EGFR blockiert und somit zu einer Unterbrechung der Signalkaskade in der Zelle führt, angewandt. Die Tiere erhielten NNM über einen Zeitraum von entweder drei oder sechs Monaten. Es sollte überprüft werden, ob sich durch die parallele Applikation von Gefitinib über zwei Wochen oder drei Monate die Entwicklung von Präneoplasien, Adenomen und Karzinomen beeinflussen lässt. Es entwickelten sich in allen über drei Monate mit NNM behandelten Tieren klarzellige und auch gemischtzellige präneoplastische Leberherde. Die Gruppe, die gleichzeitig über drei Monate Gefitinib erhielt, entwickelte statistisch signifikant weniger präneoplastische Leberherde. Die Tiere der über sechs Monate mit NNM behandelten Gruppen wiesen neben klarzelligen und gemischtzelligen Herden auch basophile Präneoplasien sowie hepatozelluläre Adenome und Karzinome auf. Die Anzahl der hepatozellulären Adenome und Karzinome war in den Gruppen, die neben NNM über sechs Monate auch über drei Monate Gefitinib erhielten, statistisch signifikant geringer. Die ebenfalls statistisch signifikante geringere Proliferation in dieser Gruppe zeigt, dass sich die Progression einmal initiierter Herde verlangsamen lässt. Mit diesen Ergebnissen korrelierte bei den Gruppen beider Zeiträume die Verminderung der immunhistochemischen Expression von EGFR und TGF-alpha der Präneoplasien. Gleichzeitig beleuchtet diese Arbeit, dass TGF-alpha und EGFR in der Entstehung früher präneoplastischer Herde sowie späterer Adenome und Karzinome eine wichtige Rolle spielen.