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Kardiovaskuläre Erkrankungen gehören trotz zahlreicher medikamentöser und apparativer Therapiemaßnahmen noch immer zu den häufigsten Todesursachen in den Industrienationen. Die Herzinsuffizienz (HI) stellt dabei das Endstadium vieler Herzerkrankungen dar und beschreibt das Unvermögen des Herzens, die Blutzirkulation im Organismus bei normalem Ventrikeldruck konstant zu halten. Unabhängig von ihrer Ätiologie, wie Koronarerkrankungen, langjähriger Hypertonie oder auch Kardiomyopathien ist die HI neben der Funktionsreduktion des linken und/oder rechten Ventrikels gleichzeitig durch strukturelle Veränderungen (Remodeling) mit Gefäßverengung (Vasokonstriktion), endotheliale Dysfunktion mit Vasokonstriktion, sowie eine generalisierte neurohumorale Aktivierung gekennzeichnet. Die Suche nach neuen und alternativen Therapieverfahren zur Verbesserung der Symptomatik und Prognose der betroffenen Patienten ist daher notwendig. Einer der wichtigsten Mediatoren für die Regulation des Gefäßwiderstandes ist Stickstoffmonoxid (NO, nitric oxide), welches durch NO-Synthasen synthetisiert wird. NO aktiviert die lösliche Guanylatzyklase (sGC, soluble guanylate cyclase), wodurch es zu einer erhöhten Produktion des second messengers cGMP (cyclic guanosine monophosphate) kommt. Eine Beeinträchtigung des NO-sGC-cGMP-Signalweges und der dadurch bedingte Mangel an cGMP trägt zu den Prozessen der myokardialen und endothelialen Dysfunktion bei der Entwicklung und Progression einer HI bei. Die Entwicklung pharmakologisch aktiver Moleküle, die die sGC direkt stimulieren können, ist dabei von besonderem Interesse, da z.B. keine Toleranzentwicklung bei längerer Medikation oder andere negative Nebenwirkungen wie bei der Gabe von NO-Donatoren als Vasodilatatoren entstehen.
Im Rahmen dieser Arbeit sollte der Einfluss einer sGC-Stimulation mittels Riociguat (RIO), einem bereits für die Behandlung der pulmonal arteriellen Hypertonie (PAH) und der chronisch thromboembolischen pulmonalen Hypertonie (CTEPH) zugelassenen Medikament, auf die experimentelle HI untersucht werden. Neben Echokardiographie und histologischen Analysen zur Charakterisierung des Krankheitsphänotyps und der Auswirkung einer Behandlung darauf wurde ebenfalls auf Multi-Omics-Ansätze wie Proteomics und Transcriptomics zurückgegriffen, um detaillierte Einblicke in die molekularen Veränderungen auf Genexpressionsebene, Proteinebene und microRNA-Expressionsebene zu erlangen. Als Modell wurde die transverse Aortenkonstriktion (TAC) an C57BL/6N Mäusen verwendet, welche einen permanenten hämodynamischen Stressreiz auf das Herz ausübt, der schließlich zum Herzversagen führt. Im Hinblick auf die Pathogenese der HI simuliert TAC dabei auf elegante Weise eine arterielle Hypertonie, die unter anderem zu einer progressiven linksventrikulären Hypertrophie und einer reduzierten Herzfunktion unter chronischen Bedingungen führt. Für die medikamentöse Behandlung mit RIO wurde eine experimentelle Strategie gewählt, die der klinischen Situation entspricht. Dementsprechend wurde mit der Medikation zu einem Zeitpunkt begonnen, als die Herzfunktion bereits verschlechtert war und eine pathologische Hypertrophie und interstitielle Fibrose ausgebildet bzw. nachweisbar war.
TAC führte zu einer kontinuierlichen Abnahme der linksventrikulären Ejektionsfraktionsfraktion (LVEF) und einer kontinuierlichen Zunahme der linksventrikulären Masse (LVM). Eine fünfwöchige Behandlung mit RIO (3 mg/kg/d) ab der vierten postoperativen Woche führte zu einer Verbesserung der LVEF und zu einer Verringerung des Verhältnisses von LVM zu Gesamtkörpergewicht (LVM/BW), myokardialer Fibrose und Myozytenquerschnittsflächen. RNA-Sequenzierungsanalysen der linken Ventrikel ergaben, dass RIO die Expression von myokardialen Stress- und Remodeling-Genen, wie z.B. Nppa, Nppb, Myh7 und Kollagen, verringerte und die Aktivierung biologischer Signalwege abschwächte, die mit kardialer Hypertrophie und HI in Verbindung stehen. Diese protektiven Effekte einer RIO-Behandlung konnten auch auf Proteinebene beobachtet werden und spiegelten sich in einer deutlichen Reduktion der TAC-induzierten Veränderungen des linksventrikulären Proteoms wider. Durch die Aortenkonstriktion betroffene Signalwege, die mit kardiovaskulären Erkrankungen assoziiert sind, wie gewebe- und zellstrukturspezifische Signalwege, besonders aber Signalwege des Energiemetabolismus, zeigten eine Verbesserung nach einer RIO-Behandlung. Zudem schwächte RIO auch die TAC-induzierten Veränderungen auf microRNA-Ebene in den linken Ventrikeln ab.
Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine Behandlung mit RIO positive Auswirkungen auf die kardiale Struktur bzw. das pathologische kardiale Remodeling und die Funktion in einem murinen Modell der chronischen Nachlasterhöhung/Drucküberlastung hat, was mit einer Umkehrung bzw. Abschwächung der TAC-induzierten Veränderungen des kardialen linksventrikulären Genexpressions-, Proteom- und microRNA-Profils einhergeht. Die vorliegenden Ergebnisse unterstützen die bisherigen Vermutungen und Erkenntnisse zum Potential von RIO als neuartigem HI-Therapeutikum. Des Weiteren wurden große Omics-Datensätze generiert, die als Informationsquelle zukünftigen Untersuchungen helfen können, die molekularen Mechanismen der chronischen HI und möglicher therapeutischer, medikamentöser Interventionen besser zu verstehen und weiter zu entschlüsseln.
Ausgewählte Lyrik
(2022)
Das Gram-positive Bakterium S. aureus besiedelt rund 20 % der Menschen persistent und asymptomatisch, während sich bei den anderen Phasen der Kolonisation und Nicht-Kolonisation abwechseln. Als opportunistisches Pathogen kann S. aureus seinen Wirt auch infizieren und eine Vielzahl von Krankheitsbildern hervorrufen. Diese reichen von oberflächlichen Haut- und Weichteilinfektionen bis hin zu komplexen Infektionsgeschehen wie der Sepsis und können den Tod der betroffenen Person zur Folge haben. Antibiotika-resistente Varianten wie Methicillin-resistente S. aureus (MRSA) verkomplizieren die Therapie und sind als „Krankenhauskeime“ gefürchtet. Die Kolonisierung und Infektion mit MRSA beschränkt sich allerdings nicht nur auf Gesundheitseinrichtungen, sondern etablierte sich auch in der Allgemeinbevölkerung sowie in Landwirtschaftsbetrieben. Da S. aureus neben dem Menschen ebenfalls eine Vielzahl von Wild- und Nutztieren kolonisieren und infizieren kann, welche als Reservoir, Überträger sowie als Brutstätten neuer Varianten fungieren, ist ein holistischer Ansatz wie das „One Health“-Konzept gefordert, um Ausbreitung und Infektionen unter Kontrolle zu halten.
Dies erfordert geeignete Tiermodelle, um die komplexen Interaktionen von S. aureus mit seinem Wirt zu analysieren und therapeutisch zu beeinflussen. Am häufigsten werden dafür etablierte Labormaus-Stämme (z.B. C57BL/6, BALB/c) eingesetzt und mit S. aureus-Stämmen des Menschen kolonisiert oder infiziert. Weil S. aureus jedoch einen Wirtstropismus ausbildet, ist die Aussagekraft solcher Mausmodelle durch die Inkompatibilität zwischen Erreger und Wirt limitiert. Manche Aspekte der Wirt-Pathogen-Interaktion lassen sich in diesen Modellen gar nicht untersuchen. Hier könnten murin-adaptierte S. aureus-Stämme eine bessere Option sein, zumal Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass Mäuse natürliche Wirte von S. aureus sind.
In dieser Arbeit sollte daher untersucht werden, ob Befunde aus dem Menschen in der Maus repliziert werden können, wo die Limitationen von Mausmodellen liegen und wie mögliche Optimierungsansätze aussehen könnten. Weitere Schwerpunkte lagen auf Analysen der Populationsstruktur von S. aureus in murinen Spezies unterschiedlicher Habitate und der Adaptation muriner S. aureus-Isolate an ihren Wirt. Außerdem wurden Maus-adaptierte Stämme in Infektions- und Kolonisationsmodellen eingesetzt, um ihre Eignung im Mausmodell zu testen.
In einer Originalarbeit (Mrochen et al.; Front. Immunol.; 2021) haben wir anhand der Immunantwort auf die beiden S. aureus-Virulenzfaktoren SplB und GlpQ beschrieben, dass Daten aus klinischen Studien in der Maus rekapituliert werden können. S. aureus-naive Mäuse zeigten nach Vakzinierung mit SplB eine sehr ähnliche Polarität der Immunantwort wie Menschen nach natürlicher Besiedlung/Infektion mit S. aureus. Mäuse reagierten mit einer Th2-Antwort auf das nicht-adjuvantierte Protein SplB, zudem war die Anzahl an Eosinophilen in der Milz signifikant erhöht. Im Serum der Mäuse ließ sich SplB-spezifisches IgE messen. Damit spiegelte das Mausmodell den beim Menschen bekannten Typ2-Bias der Immunreaktion auf Spls von S. aureus wider. GlpQ löste hingegen ohne Adjuvans keine messbare Immunreaktion aus, hatte also eine geringe Immunogenität. Dies zeigt, dass S. aureus-naive Mäuse sich dazu eignen könnten, die intrinsische Immunogenität und das Immunpolarisationspotential von S. aureus-Proteinen zu untersuchen, was für die Entwicklung von S. aureus-Vakzinen von Bedeutung ist.
In einem Übersichtsartikel (Mrochen et al.; Int. J. Mol. Sci.; 2020) haben wir die Limitationen von konventionellen S. aureus-Infektionsmodellen, bei denen Mäuse mit human-adaptierten S. aureus-Isolaten infiziert werden, veranschaulicht und Alternativen aufgezeigt. Zunächst stellten wir den Wirtstropismus von S. aureus und Mechanismen der Wirtsanpassung dar. Darauf aufbauend diskutierten wir einige Limitationen konventioneller Mausmodelle. Wir betrachteten Aspekte der genetischen Variation der verwendeten Maus- und S. aureus-Stämme, wirtsspezifische Virulenzfaktoren, Unterschiede des humanen und murinen Immunsystems, den Einfluss des murinen Mikrobioms und der verwendeten Infektionsdosen. Zusammenfassend kann dazu gesagt werden, dass durch die Inkompatibilitäten zwischen humanen S. aureus-Isolaten und der Maus die bakterielle Fitness und Virulenz eingeschränkt ist. Dies kann die Aussagekraft von Experimenten massiv einschränken. Beispielsweise können in ihrer Affinität verminderte Rezeptor-Ligand-Interaktionen die Akquisition von Nährstoffen erschweren und die Wirkungslosigkeit bestimmter Virulenzfaktoren (wie z.B. Superantigenen) die Immunevasion behindern. Wir haben daraufhin alternative Modell-Ansätze vorgestellt und diskutiert, welche unterschiedliche Aspekte der Wirt-S. aureus-Interaktion verbessern sollen (humanisierte Mäuse, dirty mice, Wildlinge). Die ebenfalls mögliche Verwendung murin-adaptierter S. aureus-Stämme beseitigt Inkompatibilitäten zwischen Maus und S. aureus komplett, kann aber manche humanspezifischen Vorgänge nicht modellieren.
In zwei weiteren Originalarbeiten (Mrochen et al.; Int. J. Med. Microbiol.; 2018 und Raafat et al.; Toxins; 2020) haben wir die Populationsstruktur von S. aureus in Labormäusen bzw. Ratten unterschiedlicher Habitate (Labor, Wildnis) beschrieben und die Adaptation der Bakterien an diese Wirte dargestellt. Rund um den Globus sind Labormäuse mit S. aureus besiedelt. Einige murine Isolate gehörten zu klonalen Komplexen wie CC1, CC5, CC8 und CC15, die sich auch beim Menschen finden, sodass hier eine Übertragung vom Menschen auf die Maus wahrscheinlich ist. Dennoch zeigten viele der Isolate eindeutige Zeichen einer Wirtsadaptation. So waren humanspezifische Virulenzfaktoren seltener als bei humanen Referenzisolaten gleicher Linien vorhanden. 47 % der Isolate gehörten jedoch zum klonalen Komplex CC88, der selten beim Menschen ist. Diese Linie war in Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe bereits als murin-adaptiert identifiziert worden, was sich hier bestätigte.
Bei Laborratten zeigte sich ein ähnliches Bild. Auch hier wurden viele Stämme isoliert, die zu typisch humanen Linien (z.B. CC1, CC8, CC15) gehören, außerdem CC88-Isolate. Sie zeigten Zeichen einer Adaptation an Ratten. S. aureus-Isolate aus Wildratten und aus von Wildratten abstammenden Ratten in Gefangenschaft besaßen eine vollkommen andere Populationsstruktur. Hier fanden sich u.a. Linien (CC49, CC130, ST890), die wir in einer anderen Studie aus Wildmäusen isoliert haben. Auch sie wiesen die Zeichen einer Wirtsadaptation auf.
Diese Studien zeigen, dass die Besiedlung von Labormäusen und -ratten durch S. aureus weit verbreitet ist und vermutlich meist vom Menschen ausgeht. Dennoch weisen die Laborstämme Anzeichen einer Adaptation an die Nager auf, was eine längere Kontaktzeit voraussetzt, die diese evolutionären Vorgänge ermöglicht. Die Besiedlung der Labortiere hat zudem Folgen für die Konstitution des Immunsystems, da es auf dieses Bakterium geprimt wird. Weiterhin kann eine Besiedlung zu opportunistischen Infektionen führen. Folglich sollte bei Experimenten stets der S. aureus-Besiedlungsstatus erfasst werden, um einen etwaigen Einfluss auf die erzielten Ergebnisse ausschließen bzw. nachweisen zu können. Bei Wildnagern und ihren Verwandten weist S. aureus eine andere Populationsstruktur auf, welche über einen gewissen Zeitraum auch in Gefangenschaft stabil zu sein scheint. Wildtiere sind damit ein bedeutendes Reservoir und potentielle Überträger von S. aureus, aber ebenfalls eine Quelle neuer Stämme, die zu Forschungszwecken eingesetzt werden könnten.
In zwei weiteren Originalarbeiten (Trübe et al.; Int. J. Med. Microbiol.; 2019 und Fernandes et al.; Microorganisms; 2021) haben wir die Eignung verschiedener murin-adaptierter Stämme in Infektions- und Kolonisationsmodellen diskutiert. S. aureus-Isolate aus Wild- und Labormäusen wurden in BALB/c-Mäusen mit dem humanen Stamm Newman verglichen. Ein CC49-Isolat (S. aureus DIP), das aus Rötel- und Gelbhalsmäusen stammte, erwies sich als besonders virulent und provozierte selbst in einer im Vergleich mit dem Stamm Newman zehnfach geringeren Infektionsdosis vergleichbare Symptome und Immunreaktionen. Die geringere Infektionsdosis ist wahrscheinlich klinisch relevanter, da pathophysiologische Eigenschaften von S. aureus auch dichteabhängig reguliert werden (quorum sensing).
In einem Kolonisationsmodell mit dem murin-adaptierten Laborstamm JSNZ wurde die dekolonisierende Wirkung von Aurintricarbonsäure (ATA) evaluiert. ATA war zuvor in breit angelegten in vitro-Screenings als potenter Adhäsionsinhibitor identifiziert worden. C57BL/6-Mäuse wurden mit JSNZ kolonisiert und anschließend mit ATA behandelt. Leider war ATA im Mausmodell wirkungslos, während mit der in der Klinik eingesetzten Kontrollsubstanz Mupirocin eine vollständige Dekolonisation erreicht werden konnte. JSNZ bestätigte sich jedoch als persistierender Besiedler der Maus. Dieses Besiedlungsmodell ist daher sehr gut geeignet, um neue Agenzien für eine S. aureus-Dekolonisierung zu testen oder die Wirt-Pathogen-Interaktion bei der Kolonisation im Detail zu analysieren.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass sich Mausmodelle besser für die Forschung an S. aureus eignen als bisher angenommen. Trotzdem muss die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen stets kritisch überprüft werden. Die Maus-adaptierten S. aureus-Stämme sind ein neues und potentes Werkzeug, die S. aureus-Forschung zu optimieren. Von besonderem Interesse ist die Möglichkeit, Mäuse persistent zu kolonisieren, wie dies typisch für die Interaktion von S. aureus mit seinem menschlichen Wirt ist. Diese wichtige Facette im Zusammenspiel zwischen dem Erreger und seinem Wirt wird nun erstmals der experimentellen Forschung zugänglich.
This work investigates turbulence in the core plasma of the optimised stellarator
Wendelstein 7-X. It focuses on experimental characterisation and
evaluation of the electrostatic micro-instabilities, which drive turbulent fluctuations,
and the saturation of turbulence by zonal flows. Expectations for
Wendelstein 7-X are formulated by reviewing theoretical work and with
the help of gyrokinetic simulations. The experimental analysis centres on
line-integrated density fluctuation measurements with the phase contrast
imagining diagnostic in electron cyclotron heated hydrogen discharges. An
absolute amplitude calibration was implemented, and a method for reliable
determination of dominant phase velocities in wavenumber-frequency
spectra of density fluctuations has been developed. Line-averaged density
fluctuation levels are observed to vary between magnetic configurations.
The wavenumber spectra exhibit a dual cascade structure, indicating fully
developed turbulence. The dominant instability driving turbulent density
fluctuations on transport relevant scales is identified as ion-temperaturegradient-
driven modes, which are mainly localised in the edge region of the
confined plasma. Despite the line-integrated nature of the measurement, the
localisation of density fluctuations is shown by comparing their dominant
phase velocity with the radial profile of the E × B rotation velocity due to
the ambipolar neoclassical electric field. Nonlinear gyrokinetic simulations
and a simplified plasma rotation model within a synthetic diagnostic confirm
the localisation. Oscillations of the dominant phase velocity indicate
the existence of zonal flows as a saturation mechanism of ion-temperaturegradient-
driven turbulence. A direct effect on turbulent density fluctuation
amplitudes and radial transport is observed.
Pentathiepins are cyclic polysulfides that exert antiproliferative and cytotoxic activity in cancer cells, induce oxidative stress and apoptosis, and potently inhibit GPx1. These properties render this class of compounds promising candidates for the development of anticancer drugs. However, the biological effects and how they intertwine to promote high cytotoxicity have not been systematically assessed throughout a panel of cancer cell lines from distinct tissues of origin. In this thesis, six novel pentathiepins were analyzed and constitute the second generation of compounds with additional properties such as fluorescence or improved water solubility to facilitate cellular testing. All compounds underwent extensive biological evaluation in 14 human cancer cell lines. These studies included investigations of the inhibitory potential with regards to GPx1 and cell proliferation, examined the cytotoxicity in human cancer cell lines, as well as the induction of oxidative stress and DNA strand breaks. Furthermore, selected hallmarks of apoptosis, ferroptosis, and autophagy were studied. Experimental approaches regarding these cellular mechanisms included observing morphological changes, detecting phosphatidyl serine exposure and caspase activity, and quantifying cleaved PARP1 and levels of LC3B II. In addition, the analysis of the cell cycle aimed to identify aberrations or arrests in cell division.
Five of the six tested pentathiepins proved to be potent inhibitors of the GPx1, while all six exerted high cytotoxic and antiproliferative activity, although to different extents. There was a clear connection observed between the potential to provoke oxidative stress and damage to DNA in the form of single- and double-strand breaks both extra- and intracellularly. Furthermore, various experiments supported apoptosis but not ferroptosis as the mechanism of cell death in four different cell lines. In particular, the externalization of PS, the detection of activated caspases, and the cleavage of PARP1 corroborated this conclusion. Additionally, indications for autophagy were found, but more investigations are required to verify the current data. The findings of this dissertation are mainly in line with the postulated mechanism of action proposed for pentathiepins and a previous publication from our group that described their biological activity. However, the influence of modulators such as oxygen and GSH on the biological effects was ambiguous and dependent on the compound. The expression profile of the cell lines concerning GPx1 and CAT did not influence the cellular response toward the treatment, whereas the cell doubling time correlated with the cytotoxicity.
As the various pentathiepins give rise to different biological responses, modulation of the biological effects depends on the distinct chemical structures fused to the sulfur ring. This may allow for future optimization of the anticancer activity of pentathiepins. An analysis of the structure-activity relationships revealed that the piperazine scaffold was associated with superior biological activity compared to the pyrrolo-pyrazine backbone. Furthermore, substituents with electron-withdrawing properties or those providing a free electron pair, such as fluorine or morpholine, were advantageous. These findings should help design and synthesize the next generation of pentathiepins, thereby expanding the library of compounds, allowing for the further deduction of structure-activity relationships and an improved understanding of their mechanism of action.
Sepsis wird als eine lebensbedrohliche Organdysfunktion aufgrund einer fehlregulierten Reaktion des Organismus auf eine Infektion definiert (Sepsis-3) (23). Trotz der Fortschritte in der modernen Medizintechnik und der Entwicklung neuer Medikamente bleibt die Sepsis weiterhin eine der häufigsten Todesursachen auf Intensivstationen weltweit. Hinzu kommt, dass zukünftig von einer steigenden Letalität auszugehen ist. Gründe hierfür sind neben dem zunehmenden Anteil älterer und chronisch kranker Patienten die zunehmende Invasivität vieler diagnostischer und operativer Eingriffe und die steigende Antibiotikaresistenz der Erreger (35). Der rasante Anstieg resistenter Krankheitserreger weltweit stellt die Sepsisbehandlung vor neue Herausforderungen. Entscheidend für die Senkung der Letalität ist eine schnelle Diagnostik und eine zielgerichtete Therapie. Die auf kulturellen Verfahren basierte vorherrschende mikrobiologische Standarddiagnostik ist zu zeitintensiv, daher werden aktuell molekular-basierte Verfahren entwickelt die eine schnelle Diagnostik ermöglichen.
Ziel dieser Arbeit war herauszufinden, ob sich der Organismus in einer Sepsis mit dem invasivem Krankheitserreger auseinandersetzt und eine humorale Immunantwort generiert und ob diese Immunantwort erregerspezifisch ist.
Zur Beantwortung dieser Fragen wurde in dieser Arbeit ein Verfahren entwickelt, um die Antikörper-Bindung an verschiedene bakterielle Proteine zu quantifizieren.
Dafür wurden humane Plasmen von Sepsispatienten aus einer prospektiven klinischen Studie (VYOO-Studie, Greifswald) mittels automatisiertem 1D-Western Blot Verfahren (Simple WesternTM assay) auf ihren erregerspezifischen Antikörper-Gehalt untersucht. Das Erregerspektrum wurde durch die extrazellulären Proteine häufiger Sepsiserreger
(Enterococcus faecium, Enterococcus faecalis, Staphylococcus haemolyticus, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens und Escherichia coli) bereitgestellt. Alle Bakterienisolate, mit Ausnahme von S. aureus (USA300 Δspa), stammen aus Wundabstrichen, Trachealsekreten und Blutkulturen der Sepsispatienten und wurden in der Medizinischen Mikrobiologie des Greifswalder Universitätsklinikums aufbewahrt und für die Kultivierung zur Verfügung gestellt. Mit Hilfe des automatisierten, eindimensionalen Western Blot (1D-WB) wurde die Bindung der extrahierten extrazellulären Proteine (ec-stat) verschiedener Sepsiserreger an humanen Serumantikörpern untersucht.
Die Ergebnisse dieser Arbeit stellen heraus, dass immunkompetente Patienten während einer systemischen Infektion eine adaptive Immunantwort generieren. Um herauszufinden ob diese Immunantwort erregerspezifisch ist, wurden die Patientenplasmen nicht nur gegen extrazelluläre Proteine (ec-stat) des jeweiligen invasiven Erregers getestet, sondern auch gegen ec-stat anderer Bakterienspezies. Bei jedem der untersuchten Erreger konnten Patienten mit einem Antikörperanstieg identifiziert werden. Bei keinem Patienten stiegen Antikörper gegen alle untersuchten Erreger an. Schlussfolgernd beruht der Antikörperanstieg auf einer spezifischen Reaktion des Immunsystems auf bakterielle Invasion und ist demzufolge erregerspezifisch.
Es zeigte sich, dass v.a. bei Patienten mit einer abdominellen Sepsis die Antikörpertiter gegen mehrere Darmbakterienspezies ansteigen. Diese Befunde deuten darauf hin, dass sich das Immunsystem mit multiplen Erregern auseinandergesetzt hat, selbst wenn mikrobiologisch nur ein Erreger nachgewiesen wurde. Dies könnte relevant für die Antibiotikatherapie sein.
Des Weiteren konnte beobachtet werden, dass trotz mikrobiologisch nachgewiesenem Erreger bei einigen Patienten keine Immunantwort gegen den Keim generiert wurde.
Insgesamt zeigen die Daten, dass viele Patienten bereits vor einer Infektion spezifische Antikörper gebildet haben. Schlussfolgernd hat sich das adaptive Immunsystem schon seit längerer Zeit (vor Infektion) mit dem Krankheitserreger auseinander gesetzt.
Mit Hilfe einer immunologischen Sepsisserologie, wie der Verwendung des in dieser Arbeit genutzten Simple WesternTM Assays, lassen sich wichtige Informationen über die Pathogenese der Sepsis und die Reaktion des Immunsystems gewinnen. Diese ergänzen die konventionelle mikrobiologische Diagnostik. Ein besseres Verständnis der Immunantwort bei Sepsis ist eine Voraussetzung für die Entwicklung neuer therapeutische Ansätze. In wie weit der Simple WesternTM Assay - jedoch das diagnostische Portfolio bei Sepsis erweitern kann, müssen weitere Untersuchungen zur Sensitivität und Reproduzierbarkeit adressieren.
Repräsentative epidemiologische Daten anhand von großen, populationsbasierten Stu-dien zu Volumina, sowie Prävalenz oder Inzidenz von Pathologien der Gll. parotidei, insbesondere MRT-basiert, sind nicht existent. Im Rahmen der Study Of Health in Pom-merania konnte an 1725 Probanden in T1-gewichteten, nativen 1,5T-MRT in axialer Schichtung das Parotisvolumen ausgemessen werden. Hiermit wurde ein reliables Messverfahren (Intraclass Correlation Coefficient >0,8) etabliert. Die Mittelwerte der Parotisvolumina für Männer betrug 27,56 cm3 (±8,23 SD) und 20,99 cm3 (±6,47 SD) für Frauen pro Drüsenseite. Es konnte eine statistisch signifikante positive Korrelation des Drüsenvolumens zum Alter, BMI, männlichen Geschlecht und Vorliegen eines Diabetes mellitus bewiesen werden. Die Prävalenz von Parotistumoren, ungeachtet der Dignität, erscheint mit 3,94 % in der nordostdeutschen Bevölkerung höher als bisher angenom-men. Weitere epidemiologische Untersuchungen bezüglich primärer Speicheldrüsener-krankungen sind notwendig.
Chronic Obstructive Pulmonary Disease and Diabetes Mellitus: A Systematic Review of the Literature
(2015)
The objective of this systematic review was to discuss our current understanding of the complex relationship between chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and type-2 diabetes mellitus (T2DM). We performed a systematic search of the literature related to both COPD and diabetes using PubMed. Relevant data connecting both diseases were compiled and discussed. Recent evidence suggests that diabetes can worsen the progression and prognosis of COPD; this may result from the direct effects of hyperglycemia on lung physiology, inflammation or susceptibility to bacterial infection. Conversely, it has also been suggested that COPD increases the risk of developing T2DM as a consequence of inflammatory processes and/or therapeutic side effects related to the use of high-dose corticosteroids. In conclusion, although there is evidence to support a connection between COPD and diabetes, additional research is needed to better understand these relationships and their possible implications.
During pregnancy, the maternal immune system faces a double dilemma: tolerate the growing semi-allogeneic fetus and at the same time protect the mother and the progeny against pathogens. This requires a fine and extremely regulated equilibrium between immune activation and tolerance. As professional antigen presenting cells, B cells and in particular B-1a B cells, can activate or tolerize T cells and thus participate in the generation or regulation of the immune response. B-1a B cells were involved in the humoral immune response leading to pre-eclampsia, one of the main medical complications during pregnancy. Here we demonstrated that B-1a B cells are additionally involved in cellular immune mechanisms associated with pregnancy complications. Using a mouse model of pregnancy disturbances, we showed that B-1a B cells from animals suffering pregnancy disturbances but not from those developing normal pregnancies induce the differentiation of naïve T cells into Th17 and Th1 cells. This differential role of B-1a B cells during pregnancy seems to be associated with the co-stimulatory molecule CD86 as normal pregnant mice showed lower percentages of CD86 expressing B-1a B cells as compared to pregnant mice developing pregnancy disturbances or to non-pregnant animals. Our data bring to light a new and not explored role of B-1a B cells in the context of pregnancy.
Background: Although 20-30% of all strokes occur in the posterior circulation, few studies have explored the characteristics of patients with strokes in the posterior compared to the anterior circulation so far. Especially data on young patients is missing. Methods: In this secondary analysis of data of the prospective multi-centre European sifap1 study that investigated stroke and transient ischemic attack (TIA) patients aged 18-55 years, we compared vascular risk factors, stroke aetiology, presence of white matter hyperintensities (WMH) and cerebral microbleeds (CMB) between patients with ischaemic posterior circulation stroke (PCS) and those having suffered from anterior circulation stroke (ACS) based on cerebral MRI. Results: We diagnosed PCS in 612 patients (29.1%, 407 men, 205 women) and ACS in 1,489 patients (70.9%). Their age (median 46 vs. 47 years, p = 0.205) and stroke severity (modified Rankin Scale: both 2, p = 0.375, Barthel Index 90 vs. 85, p = 0.412) were similar. PCS was found to be more frequent among the male gender (66.5 vs. 60.1% with ACS, p = 0.003). Vertebral artery (VA) dissection was more often the cause of PCS (16.8%) than was carotid artery dissection of ACS (7.9%, p < 0.001). Likewise, small vessel disease (Trial of Org 10172 in Acute Stroke Treatment [TOAST] = 3, PCS: 14.7%, ACS: 11.8%) and stroke of other determined aetiology (TOAST = 4, PCS: 24.5%, ACS: 16.0%) were more frequent in those with PCS. Furthermore, patent foramen ovale (PFO; PCS: 31.1%, ACS: 25.4%, p = 0.029) was more often detected in patients with PCS. In contrast, large-artery atherosclerosis (TOAST = 1, PCS: 15.4%, ACS: 22.2%) and cardio-embolic stroke (TOAST = 2, PCS: 15.6%, ACS: 18.0%) were less frequent in those with PCS (p < 0.001) as were preceding cerebrovascular events (10.1 vs. 14.1%, p = 0.014), TIA (4.8 vs. 7.7%, p = 0.016) and smoking (53.2 vs. 61.0%, p = 0.001). The presence, extent, and location of WMH and CMB did not differ between the 2 groups. Conclusions: Our data suggested a different pattern of aetiology and risk factors in young patients with PCS compared to those with ACS. These findings especially call for a higher awareness of VA dissection and potentially for more weight of a PFO as a risk factor in young patients with PCS. Clinical trial registration-URL: http://www.clinicaltrials.gov; NCT00414583.
Background: It has not been investigated whether there are associations between urinary iodine (UI) excretion measurements some years apart, nor whether such an association remains after adjustment for nutritional habits. The aim of the present study was to investigate the relation between iodine-creatinine ratio (ICR) at two measuring points 5 years apart. Methods: Data from 2,659 individuals from the Study of Health in Pomerania were analyzed. Analysis of covariance and Poisson regressions were used to associate baseline with follow-up ICR. Results: Baseline ICR was associated with follow-up ICR. Particularly, baseline ICR >300 µg/g was related to an ICR >300 µg/g at follow-up (relative risk, RR: 2.20; p < 0.001). The association was stronger in males (RR: 2.64; p < 0.001) than in females (RR: 1.64; p = 0.007). In contrast, baseline ICR <100 µg/g was only associated with an ICR <100 µg/g at follow-up in males when considering unadjusted ICR. Conclusions: We detected only a weak correlation with respect to low ICR. Studies assessing iodine status in a population should take into account that an individual with a low UI excretion in one measurement is not necessarily permanently iodine deficient. On the other hand, current high ICR could have been predicted by high ICR 5 years ago.
Die Prävalenz von Untergewicht (Body Mass Index < 18,5 kg/m2) bei Frauen im
gebärfähigen Alter variiert zwischen 3% in den USA und 17% in Asien. Maternales Untergewicht ist mit Risiken für das neonatale Outcome assoziiert. In der populationsbasierten Neugeborenenkohorte SNiP I untersuchten wir, welche Risikofaktoren mit einem maternalen Untergewicht zu Beginn der Schwangerschaft assoziiert waren und, ob das Untergewicht Einfluss auf das Outcome der Schwangerschaft und des Neugeborenen hatte. Wir analysierten die BMI-Kategorien bei Beginn der Schwangerschaft unter Verwendung von Daten aus SNiP I in Vorpommern aus den Jahren 2002 - 2008. Die für Confounder adjustierte multivariable Regressionsanalysen wurden verwendet, um a) sozioökonomische Risikofaktoren für Untergewicht bei ausschließlich Einlingsschwangerschaften und b) Assoziationen von Untergewicht mit perinatalen Faktoren auf das Schwangerschafts- und neonatale Outcome zu untersuchen. Dabei wurden die Ergebnisse für die Gruppe der untergewichtigen Schwangeren mit den Ergebnissen der Gruppe der normalgewichtigen Schwangeren (Referenzgruppe) verglichen. In SNiP I waren 6,9% der Schwangeren bei Beginn der Schwangerschaft untergewichtig. Die Ergebnisse zeigten, dass chronische Erkrankungen vor der Schwangerschaft bei untergewichtigen Schwangeren nicht häufiger auftraten als bei normalgewichtigen Frauen. Die bivariate Analyse ergab, dass untergewichtige Frauen um drei Jahre jünger waren (p<0,001), doppelt so oft geraucht haben (p<0,001) und mit geringerer Wahrscheinlichkeit die Schule der Sekundarstufe II abgeschlossen haben (p<0,001) als Frauen mit normalem Gewicht. Erstere waren häufiger arbeitslos (p<0,001) und besaßen über ein viel geringeres verfügbares Äquivalenzeinkommen (p<0,001). Bei Anwendung einer multivariablen um Confoundern bereinigten Regressionsanalyse wurden das jüngere Alter (RRR 0,90; 95% CI 0,87-0,93; p<0,001) und das Rauchen als Risikofaktoren ermittelt (RRR 2,52; 95% CI 1,89-3,41; p<0,001). Im Vergleich zu Frauen mit Normalgewicht vor der Schwangerschaft wiesen untergewichtige Frauen ein erhöhtes Risiko für vorzeitige Wehen (OR 1,74; 95% CI 1,29-2,36; p<0,001) und ein reduziertes Plazentagewicht (β -36,3 g; 95% CI -58,45g - -14,09g; p<0,001) auf. Das Risiko für LGA-Geburten war erniedrigt (OR 0,51; 95% CI 0,29-0,90 p=0,021). Es wurde kein Zusammenhang zwischen schwangerschaftsinduzierter Hypertonie, Gestationsdiabetes, Präeklampsie und dem Geburtsmodus ermittelt. Die Neugeborenen der untergewichtigen Schwangeren waren einem erhöhten Risiko für
Frühgeburten zwischen der 32. - 36. Gestationswoche (OR 1,79; 95% CI 1,17-2,73; p=0,007), einer Geburt mit einem LBW (OR 1,99; 95% CI 1,24-3,21; p=0,004) und häufigeren stationären Aufnahmen ausgesetzt (OR 1,58; 95% CI 1,18-2,12; p=0,002).
Zusammenfassend wurden das Rauchen während der Schwangerschaft und ein jüngeres Alter der Mutter als Risikofaktoren für ein Untergewicht der Schwangeren bei Beginn der Schwangerschaft identifiziert. Das maternale Untergewicht wiederum erhöhte die Risiken für eine späte Frühgeburt, ein LBW und die stationäre neonatologische Behandlung des Kindes. Gezielte Maßnahmen wie Programme zur Raucherentwöhnung und verstärktes Bewusstsein von Gesundheitsdienstleistern für die nichtmedizinischen, sozioökonomischen Risiken, die eng mit dem Rauchen verknüpft sind, sind Ansatzpunkte für eine Verbesserung des Schwangerschaftsoutcomes.
Forests are ecologically important ecosystems, for example, they absorb CO2 from the
atmosphere, mitigate climate change, and constitute habitats for the majority of terrestrial
flora and fauna. Currently, due to increasing human pressure, forest ecosystems are
increasingly subjected to changing environmental conditions, which may alter forest growth
to varying degrees. However, how exactly different tree species will respond to climate
change remains uncertain and requires further comprehensive studies performed at different
spatial scales and using various tree-ring parameters.
This dissertation aims to advance the knowledge about tree-ring densitometry and
tree responses to climate variability and extremes at different spatial scales, using various
tree species. More specifically, the following aims are pursued: (i) to obtain and compare
wood density data using different techniques, and to assess variability among laboratories
(Chapter I). (ii) To investigate microsite effects on local and regional Scots pine (Pinus
sylvestris L.) responses to climate variability (Chapter II) and extremes (Chapter III),
using ring width (RW) and latewood blue intensity (LBI) parameters. (iii) To give a general
site- and regional-scales overview of Scots pine, pedunculate oak (Quercus robur L.), and
European beach (Fagus sylvatica L.) RW responses to climate variability (Chapter IV). (iv)
To discuss the challenges which may result from compiling tree ring records from different
(micro)sites into large-scale networks. The study area comprises nine coastal dune sites, each
represented by two contrasting microsites: dune ridge and bottom (Chapters II and III), and
310 different sites within the south Baltic Sea lowlands (Chapter IV).
The dissertation confirms that sample processing and wood density measuring are
very important steps, which, if not performed carefully, may result in biases in growth trends,
climate-growth responses, and climate reconstructions. The performed experiment proved
that the mean levels of different wood density-related parameters are never comparable due
to different measurement resolutions between various techniques and laboratories. Further,
the study revealed substantial biases using data measured from rings of varying width due
to resolution issues, where resolution itself and wood density are lowered for narrow rings
compared to wide rings (Chapter I).
The (micro)site-specific investigation showed that, depending on the species,
different climate variables (temperature, precipitation, or drought) constitute important
factors driving tree growth across investigated locations (Chapters II and IV). However,
there is evidence that the strength and/or direction of climate-growth responses differ(s)
between microsite types (Chapter II) and across sites (Chapter IV). Moreover, climategrowth
responses are non-stationary over time regardless of the tree species and tree-ring
parameter used in the analysis (Chapters II and IV). There are also differences in RW and
LBI responses to extreme events at dune ridge and bottom microsites (Chapter III).
The regional-scale investigations revealed that climate-growth responses (strength
and non-stationarity) are quite similar to those observed at the local scale. However,
compiling RW or LBI measurements into regional networks to study tree responses to
extreme events led to weakened signals (Chapter III).
The findings presented in Chapters II and IV suggest that the strength, direction,
and non-stationary responses are very likely caused by several climatic and non-climatic
factors. The mild climate in the south Baltic Sea region presumably does not constitute a
leading limiting growth factor, especially for Scots pine, whose distribution extends from
southern to northern Europe. Thus, the observed climate-growth responses are usually of
weak to moderate strength. In contrast, for other species reaching their distribution limit at
the Baltic coast, the climatic signal can be very strong. However, the observed findings also
result from the effects of microsite conditions, and potentially other factors (e.g.,
management, stand dynamic), which all together alter the physiological response of the tree
at a local scale. Although climate at the south Baltic Sea coast is mild, extreme climate events
may occur and affect tree growth. As demonstrated (Chapter III), extreme climate events
affected tree growth across dune sites, however, to varying degrees. The prominent
differences in tree responses to extreme climate events were significant at the local scale but
averaged out at the regional scale. This is very likely associated with observed microsite
differences, where each microsite experiences different drivers and dynamics of extreme
growth reductions.
This dissertation helped to demonstrate that integrating local tree-ring records into
regional networks involves a series of challenges, which arise at different stages of research.
In fact, not all possible challenges have been discussed in this dissertation. However, it can
be summarized that several steps performed first at the local scale are very important for the
quality and certainty of climate-growth responses, tracking tree recovery after extreme
events, and potential climate reconstructions at the larger scale. Among them, identification
of microsite conditions, sample preparation, and measurement, examination of growth
patterns and trends, and identification of a common limiting growth factor are very
important. Otherwise, the compilation of various tree-ring data into a single dataset could
lead to over- or underestimation of the results and biased interpretations.
Die Morphologie der Podozytenfußfortsätze und eine intakte glomeruläre Basal-membran (GBM) sind essentiell für die Filtration des Blutes. Bei der diabetischen Nephropathie (DN), deren Inzidenz in den letzten Jahrzehnten deutlich gestiegen ist, kommt es neben pathologischen Veränderungen der Fußfortsätze auch zu Ablösung und Verlust der Podozyten. Als hochdifferenzierte, postmitotische Zellen können Podozyten nicht regeneriert werden. Jeder Verlust ist damit irreversibel. Aber auch weitreichende Veränderungen der GBM, sowie eine Sklero¬sierung der Glomeruli sind zu beobachten. Dies führt zu einer progredienten Nieren¬insuffizienz, welche oft im Nierenversagen endet. Man geht davon aus, dass glomeru¬lärer Hypertonus, der zur mechanischen Dehnung von Podozyten führt, ein wichtiger Teil des Pathomechanismus der DN ist. Welchen Einfluss mechanische Kräfte auf Podozyten haben war in der Vergangenheit nur unzureichend untersucht. Daher wurde von der AG Endlich ein Dehnungsapparat entwickelt, mit dem Zellen einer zyklischen mechanischen Dehnung ausgesetzt werden können. So konnte gezeigt werden, dass Podozyten mechanosensitiv sind und unter anderem mit Veränderungen des Aktin-Zytoskeletts auf mechanische Dehnung reagieren. Die vorliegende Arbeit zeigt zum einen, dass kultivierte Podozyten unter mechanischer Dehnung vermehrt das Protein Fibronektin bilden. Fibronektin ist ein essentielles Matrixprotein und spielt als Mechanotransducer in der Literatur eine große Rolle. Zum anderen zeigt die Arbeit, dass Fibronektin eine Schlüsselrolle hinsichtlich der Adhäsivität von kultivierten Podozyten unter mechanischer Dehnung spielt. Um das zu untersuchen, wurden Podozyten mit Fibronektin-Knockdown und -Knockout generiert und der Einfluss auf die Morphologie und Adhäsiviät der Podozyten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Podozyten ohne Fibronektin bei mechanischer Dehnung nach drei Tagen nur noch zu etwa 20 % auf der Membranoberfläche adhärent waren. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass Fibronektin für die Adhäsion von kultivierten Podozyten unter mechanischer Dehnung eine zentrale Rolle spielt. Durch Immun¬fluoreszenz¬färbung konnte an Biopsien nachgewiesen werden, dass Fibronektin in der GBM von Patienten mit DN vermehrt eingelagert wird. Die vorliegenden Ergebnisse deuten darauf hin, dass mechanische Dehnung der Podozyten in vivo zu einer Akkumulation von Fibronektin in der GBM führt, was langfristig sehr wahrscheinlich die Eigenschaften der GBM und die glomeruläre Filtration negativ beeinflusst. Die genaueren Zusammenhänge zwischen Mechanotransduktion und Fibronektin-expression aufzuschlüsseln sollte daher Ziel weiterführender Forschungsarbeiten sein, um in Zukunft einen therapeutischen Ansatz zur Behandlung der diabetischen Nephropathie zu entwickeln.
Abstract
Background and purpose:Diagnosing a patient with headache as a migraineur is critical for state-of-the-art migrainemanagement. Screening tools are imperative means to improve the diagnostic yield in the primary care settings andspecialized clinics. This study aims to translate and assess the diagnostic accuracy of a German version of theID Migraine™as a widely used and efficient screening instrument.
Methods:
The Functional Assessment of Chronic Illness Therapy translation methodology was used to translate theoriginal three-itemID Migraine™, including a fourth question for aura, from the English language into the German language.Diagnostic accuracy of the GermanID Migraine™and predictors of false screening results were assessed among patientspresenting to a headache outpatient clinic of a tertiary care center in Germany over a 6-month period.
Results:
The translation procedure yielded a harmonized GermanID Migraine™and its diagnostic accuracy was assessedin 105 patients (80 female, 46.5+17.2 years of age), including 79 patients (75.2%) with migraine. The three-item GermanID Migraine™provides a sensitivity of 99%, specificity of 68%, and positive and negative predictive values of 90% and 95%,respectively, using a cutoff of2. Positive and negative predictive values in a general headache population are estimated tobe 74% and 98%, respectively. The aura question identified 18 out of 20 migraineurs with aura.
Conclusions:
The GermanID Migraine™is an accurate screening tool for migraine even in a challenging population of aspecialized outpatient clinic. Its diagnostic accuracy indicates a potential utility for screening in primary health care.
This paper presents continuous, high resolution fossil pollen and microcharcoal records from Bo Langvlei, a lake in the Wilderness Embayment on South Africa’s southern Cape coast. Spanning the past ~1300 years and encompassing the Medieval Climate Anomaly (MCA; c. AD 950–1250) and the Little Ice Age (LIA; c. AD 1300–1850), these records provide a rare southern African perspective on past temperature, moisture and vegetation change during these much debated periods of the recent geological past. Considered together with other records from the Wilderness Embayment, we conclude that conditions in the region during the MCA chronozone were – in the context of the last 1300 years – likely relatively dry (reduced levels of Afrotemperate forest pollen) and perhaps slightly cooler (increased percentages of Stoebe-type pollen) than present. The most significant phase of forest expansion, and more humid conditions, occurred during the transition between the MCA and the most prominent cooling phase of the LIA. The LIA is clearly identified at this locality as a period of cool, dry conditions between c. AD 1600 and 1850. The mechanisms driving the changes observed in the Bo Langvlei pollen record appear to be generally linked to changes in temperature, and changes in the influence of tropical circulation systems. During warmer periods, moisture availability was higher at Bo Langvlei, and rainfall was perhaps less seasonal. During colder periods, precipitation resulting from tropical disturbances was more restricted, resulting in drier conditions. While increased precipitation has been reported during the LIA from Verlorenvlei in the Western Cape as a result of an equatorward displacement of the westerly storm-track at this time, the opposing response at Bo Langvlei suggests that any increased influence of westerlies was insufficient to compensate for the concurrent reduction in tropical/local rainfall in the region.
Noninvasive Modulation of Cognition in Older Adults – Neural Correlates and Behavioral Outcomes
(2022)
Background: The worldwide population will grow older in the upcoming years. Aging, even in the absence of pathological processes, is associated with decline in cognitive functioning. Age-related cognitive decline is not a uniform process affecting every function in the same way. Research should thus examine specific functions, such as episodic memory or executive functions differentially, especially in older samples. Neural correlates of these functions are well characterized in young adults. However, research on functional and structural neural substrates underlying specific cognitive functions in older adults is scarce, but needed for example to identify targets for noninvasive interventions against cognitive decline. Current advances in this field point towards the effectiveness of combined noninvasive interventions of cognitive training and transcranial direct current stimulation (tDCS). So far, evidence regarding such combined interventions in older adults is inconclusive and neural mechanisms of successful interventions are still unclear. This line of research could advance the development of noninvasive methods to modulate cognitive functions and therefore address the unmet need for treatment options against age-related cognitive decline.
Aims: The main aims of the present thesis were (i) to characterize functional and structural neural network correlates of two cognitive functions with high relevance for daily living, namely working memory updating and value-based decision making, (ii) to map out interventions of combined cognitive training and tDCS to modulate these cognitive functions in healthy older adults and adults with prodromal AD and (iii) to assess behavioral and neural outcomes of combined cognitive training (of either executive functions or visuo-spatial memory) and tDCS interventions.
Methods: In order to address these aims, the present thesis includes five papers. Paper I assessed functional and structural neural correlates of working memory updating and value-based decision-making performance in healthy older adults using functional magnetic resonance imaging and diffusion tensor imaging. Papers II and III comprise study protocols of a three-week cognitive training of working memory updating and value-based decision-making abilities with concurrent tDCS over the left dorsolateral prefrontal cortex in healthy older adults and adults with prodromal AD. Paper IV used mixed-model analysis to compute behavioral outcomes of this combined intervention in healthy older adults, including outcome measures of the trained tasks, measures of transfer to untrained tasks and assessment of long-term effects at four weeks and half a year after the intervention. In paper V neural alterations after cognitive training of visuo-spatial memory and active stimulation compared to the training and sham (placebo) stimulation were assessed in older adults using measures of functional network centrality and diffusion tensor imaging-derived measures of grey matter microstructure.
Results: Analyses revealed distinct functional and structural connectivity correlates of performance on the two cognitive tasks assessing working memory updating and value-based decision-making (paper I). Moreover, results showed a combined contribution of a specific white matter pathway (cingulum bundle) and frontoparietal functional connectivity to working memory updating performance, thereby providing information on possible network targets for modulation of working memory updating and value-based decision-making. The combined modulatory intervention of cognitive training and tDCS (papers II and IV) did not demonstrate group differences between concurrent active tDCS over sham tDCS in the trained tasks. However, analysis of a working memory transfer task revealed a beneficial effect of training and active tDCS over training and sham tDCS at post intervention and follow-up. Findings from paper V showed reduced functional network centrality after visuo-spatial memory training and active tDCS compared to training and sham tDCS in the stimulated brain area and its contralateral homologue. Additionally, after the training, measures of grey matter microstructural plasticity in the stimulated brain area were associated with beneficial training outcomes for the active but not the sham stimulation group.
Conclusion: Taken together, cognitive performance, functional and structural networks as well as the possibility of their modulation through combined cognitive training and tDCS interventions were investigated in older adults with and without cognitive impairment. The present thesis therefore contributes to the field of noninvasive neuromodulation in older adults by characterizing distinct neural correlates of two age-sensitive executive functions, which may be altered through modulatory interventions. Moreover, the present work shows that cognitive training with concurrent tDCS holds the potential to elicit transfer effects to untrained tasks and further may evoke neural plasticity on the functional and microstructural level. This work thus promotes the development of modulatory interventions against age-associated cognitive decline and holds promising implications for translation to clinical application.
Thiamine is substrate of the hepatic uptake transporter organic cation transporter 1 (OCT1), and pathological lipid metabolism was associated with OCT1‐dependent thiamine transport. However, it is unknown whether clinical pharmacokinetics of thiamine is modulated by OCT1 genotype. We analyzed thiamine transport in vitro, thiamine blood concentrations after high‐dose and low‐dose (nutritional) intake, and heritability of thiamine and thiamine‐phosphate blood concentrations. The variant OCT1*2 had reduced and OCT1*3 to OCT1*6 had deficient thiamine uptake activity. However, pharmacokinetics of thiamine did not differ depending on OCT1 genotype. Further studies in primary human hepatocytes indicated that several cation transporters, including OCT1, OCT3, and THTR‐2, contribute to hepatic uptake of thiamine. As much as 54% of the variation in thiamine and 75% in variation of thiamine monophosphate plasma concentrations was determined by heritable factors. Apparently, thiamine is not useful as a probe drug for OCT1 activity, but the high heritability, particularly of thiamine monophosphate, may stimulate further genomic research.
The benefit of regular physical activity and exercise training for the prevention of cardiovascular and metabolic diseases is undisputed. Many molecular mechanisms mediating exercise effects have been deciphered. Personalised exercise prescription can help patients in achieving their individual greatest benefit from an exercise-based cardiovascular rehabilitation programme. Yet, we still struggle to provide truly personalised exercise prescriptions to our patients. In this position paper, we address novel basic and translational research concepts that can help us understand the principles underlying the inter-individual differences in the response to exercise, and identify early on who would most likely benefit from which exercise intervention. This includes hereditary, non-hereditary and sex-specific concepts. Recent insights have helped us to take on a more holistic view, integrating exercise-mediated molecular mechanisms with those influenced by metabolism and immunity. Unfortunately, while the outline is recognisable, many details are still lacking to turn the understanding of a concept into a roadmap ready to be used in clinical routine. This position paper therefore also investigates perspectives on how the advent of ‘big data’ and the use of animal models could help unravel inter-individual responses to exercise parameters and thus influence hypothesis-building for translational research in exercise-based cardiovascular rehabilitation.
Environmental activism, defined as a range of difficult pro-environmental behaviors, is analyzed within the conceptual framework of Significance Quest Theory (SQT). In Study 1, 40 interviews were carried out on two groups of people in the European Union: Committed Actors for Nature (CANs, n = 25) versus Committed Actors for Society (CASs, n = 15). Results demonstrated that Significance Quest (SQ) motivates each group to be strongly committed to their chosen action and the main difference between them being in their ideology (pro-social vs. pro-environmental). In Study 2 (N = 131), the relationship between SQ and intention to enact difficult pro-environmental behaviors was assessed. Results suggested that the higher the SQ, the higher the tendency to enact difficult pro-environmental behaviors, but not average or easy ones. Moreover, the higher the pro-environmental ideology, the stronger the indirect effect of SQ on difficult behavior through willingness to sacrifice.
Up to now, indices like the mean dmft/DMFT and the SiC (Significant Caries Index) have been used to depict caries experience in populations with high prevalence. With the caries decline, particularly for populations with low caries levels, these indices reach their statistical limits. This paper aims to introduce a specific term, the Specific affected Caries Index (SaC) for the risk groups in populations with low caries prevalence and to illustrate its use based on the consecutive German National Oral Health Survey (GNOHS) in children. In groups with a caries prevalence less than one-third of the population, many caries-free children (DMFT = 0) are included in the SiC (risk group), which calls for a new way of illustration. Mean caries experience (DMFT), caries prevalence, the SiC and SaC were portrayed for 12-year-olds in the GNOHS from 1994/95 to 2016. The SaC describes the mean caries experience (DMFT) in the group presenting caries experience (DMFT > 0). In 12-year-old 6th graders in Germany, the mean caries experience decreased from 2.4 (1994/95) to 0.4 DMFT (2016), with a recent prevalence of 21.2% (DMFT > 0, 2016). In 2016, the mean number of affected teeth in children with DMFT > 0 (SaC) was 2.1, while the SiC including 12% DMFT-free children in the risk group was 1.3. The SiC fails to reflect the caries severity in children in a population with low caries prevalence. Therefore, the newly introduced term Specific affected Caries Index (SaC) may be used to describe accurately caries experience in caries risk children in populations presenting low caries prevalence.
Background:
Arthroscopic treatment of femoroacetabular impingement syndrome (FAIS) has become a common procedure. However, meaningful long-term clinical outcomes have not been defined.
Purpose:
To define the minimal clinically important difference (MCID), substantial clinical benefit (SCB), and patient acceptable symptomatic state (PASS) for the modified Harris Hip Score (mHHS) at a minimum 10-year follow-up in patients undergoing arthroscopic treatment for FAIS and identify preoperative predictors for achievement of the MCID, SCB, and PASS.
Study Design:
Case-control study; Level of evidence, 3.
Methods:
A consecutive series of patients undergoing arthroscopic treatment for FAIS between 2007 and 2009 with a minimum 10-year follow-up was analyzed. Patient data included patient characteristics, radiographic parameters, and the pre- and postoperative mHHS and visual analog scale (VAS) for pain score. Paired t tests were used to compare the patient-reported outcome measures (PROMs). The MCID was determined by calculating half of the standard deviation, and SCB and PASS were calculated by the anchor method. Correlation and logistic regression analyses were conducted to identify predictors for the achievement of the MCID, SCB, and PASS.
Results:
A total of 44 patients (27 men, 17 women) were included. The mean age and body mass index were 42.2 years (range, 16-67 years) and 22.3 kg/m2 (range, 16.76-29.78 kg/m2), respectively. The MCID, absolute SCB, net change SCB, and PASS of the mHHS were calculated to be 19.6, 90.1, 31.5, and 84.4 points, respectively. Preoperative symptom duration was identified as an independent predictor for the achievement of meaningful clinical outcomes. The median symptom durations for patients who achieved the MCID, absolute SCB, net change SCB, and PASS were 11.7, 9.1, 9.0, and 10.8 months, respectively. The median symptom duration for patients who did not achieve the MCID, absolute SCB, net change SCB, and PASS were 15.8, 17.4, 17.3, and 18.4 months, respectively. No other statistically significant correlations were found.
Conclusion:
The preoperative duration of symptoms was identified as an independent predictor for achievement of the MCID, SCB, and PASS. These findings can be helpful in accelerating the transition to surgical treatment of FAIS.
Changes in the environment will alter the growth rate of trees and forests. Different
disciplines assess such growth rates differently, for example, with tree-ring width
data, forest inventories or with carbon-flux data from eddy covariance towers. Such
data is used to quantify forests biomass increment, forest’s carbon sequestration
or to reconstruct environmental variables before instrumental records. However, raw
measurement data is typically not considered to be representative for the average
growth rate of trees or forests. Depending on the research question, the effects of
certain environmental variables or effects of tree and forest structure have to be
removed first. It can be challenging to define and quantify a growth trend that can
answer a specific research question because trees and forests grow and respond
to environmental change in multiple ways simultaneously, for example, with altered
radial increment, height growth, and stand density. Further challenges pose time-lagged
feedback loops, for example, between height and radial increment or between stand
density and radial increment. Generally, different environments will lead to different
tree and forest structures, but because of tree’s longevity this adaptation to the new
environment will take decades or even centuries. Consequently, there can be an offset
between the present forest structure and what we term the potential natural forest (PNF):
Similar to the potential natural vegetation (PNV), the PNF represents that forest that
would develop under the current environmental conditions in the absence of human
intervention. Because growth rates are affected by the tree and forest structure, growthtrend estimates will differ between the present and the potential forest. Consequently, if
the legacy effects of the past are not of interest, the PNF is the theoretical baseline to
correct and estimate growth trends
Background: Granulocytes and monocytes are the first cells to invade the brain post stroke and are also being discussed as important cells in early neuroinflammation after seizures. We aimed at understanding disease specific and common pathways of brain-immune-endocrine-interactions and compared immune alterations induced by stroke and seizures. Therefore, we compared granulocytic and monocytic subtypes between diseases and investigated inflammatory mediators. We additionally investigated if seizure type determines immunologic alterations.
Material and Methods: We included 31 patients with acute seizures, 17 with acute stroke and two control cohorts. Immune cells were characterized by flow cytometry from blood samples obtained on admission to the hospital and the following morning. (i) Monocytes subpopulations were defined as classical (CD14++CD16−), (ii) intermediate (CD14++CD16+), and (iii) non-classical monocytes (CD14dimCD16+), while granulocyte subsets were characterized as (i) “classical granulocytes” (CD16++CD62L+), (ii) pro-inflammatory (CD16dimCD62L+), and (iii) anti-inflammatory granulocytes (CD16++CD62L−). Stroke patient's blood was additionally drawn on days 3 and 5. Cerebrospinal fluid mitochondrial DNA was quantified by real-time PCR. Plasma High-Mobility-Group-Protein-B1, metanephrine, and normetanephrine were measured by ELISA.
Results: HLA-DR expression on monocytes and their subpopulations (classical, intermediate, and non-classical monocytes) was reduced after stroke or seizures. Expression of CD32 was increased on monocytes and subtypes in epilepsy patients, partly similar to stroke. CD32 and CD11b regulation on granulocytes and subpopulations (classical, anti-inflammatory, pro-inflammatory granulocytes) was more pronounced after stroke compared to seizures. On admission, normetanephrine was upregulated in seizures, arguing for the sympathetic nervous system as inducer of immune alterations similar to stroke. Compared to partial seizures, immunologic changes were more pronounced in generalized tonic-clonic seizures.
Conclusion: Seizures lead to immune alterations within the immediate postictal period similar but not identical to stroke. The type of seizures determines the extent of immune alterations.
Geometric T-Duality
(2022)
From a physicists point of view T-duality is a relation connecting string
theories on different spacetimes. Mathematically speaking, T-duality should be a symmetric relation on
the space of toroidal string backgrounds. Such a background consists of: a smooth manifold M; a torus bundle E over M - the total space modelling spacetime; a Riemannian metric g on E - modelling the field of gravity; a U(1)-bundle gerbe G with connection over E - modelling the Kalb-
Ramond field.
But as of now no complete model for T-duality exists. The three most notable
approaches for T-duality are given by the differential approaches by Buscher in the form of the Buscher rules and by Bouwknegt, Evslin and Mathai in the form of T-duality with H-flux on the one hand, and by the topological approach given by Bunke, Rumpf and Schick which is known as topological T-duality. In this thesis we combine these different approaches to form the first model for T-duality over complete geometric toroidal string backgrounds and we will introduce an example for this geometric T-duality inspired by the Hopf bundle.
Vitamin B6 deficiency during pregnancy translates into a severe vitamin B6 deficiency (plasma levels decreased by 97%) in new-born rats. Further, hallmarks are increased (+89%) concentrations of homocysteine, gross changes in gene methylation and expression, and metabolic alterations including lipid metabolism. This study focuses on determining the effects of vitamin B6-deficiency on cardiolipin composition and oxidative phosphorylation in liver. For this purpose, hepatic cardiolipin composition was analyzed by means of LC/MS/MS, and mitochondrial oxygen consumption was determined by using a Clark-type electrode in a rat model of vitamin B6 deficiency. Liver mitochondria from new-born rats with pre-term vitamin B6 deficiency responded with substantial alterations in cardiolipin composition that include the following changes in the amounts of cardiolipin incorporated fatty acids: increase in C16, decrease in C18, decrease in saturated fatty acid, as well as increase in amount of oxidized cardiolipin species. These changes were accompanied by significantly decreased capacity of oxidative phosphorylation. In conclusion, vitamin B6 deficiency in new born rats induces massive alterations of cardiolipin composition and function of liver mitochondria. These findings support the importance of sufficient periconceptional supply of vitamin B6 to prevent vitamin B6 deficiency.
Impact statement
Vitamin B6 (VitB6) is an active co-enzyme for more than 150 enzymes and is required for a great diversity of biosynthesis and metabolic reactions. There is an increased need for VitB6 during pregnancy and sufficient supply of VitB6 is crucial for the prevention of cleft palate and neural tube defects. We show that liver mitochondria from new-born rats with pre-term VitB6 deficiency respond with substantial alterations in cardiolipin (CL) composition and in the amount of oxidized CL species. These changes are associated with a decrease in the efficiency of oxidative phosphorylation. The results of this study support the significance of sufficient supply of VitB6 during pregnancy (and periconceptional) for diminishing the number of early abortions and minimizing malformation. The established link between VitB6 deficiency, CL composition, and mitochondrial respiration/energy production provides mechanistic insight as to how the VitB6 deficiency translates into the known pathophysiological and clinically relevant conditions.
Staphylococcus aureus (S. aureus) is among the most common infectious agents, burdening the
global health care system and challenging physicians. Thus, the demand for vaccination is
increasing, and despite many attempts, no vaccine is currently available. The iron-regulated
surface determinant protein B (IsdB) is a highly conserved surface protein of S. aureus. It has
an essential role in bacterial iron acquisition and cell attachment, functioning as a fitness factor.
It has been shown that IsdB is critical for S. aureus virulence and growth in iron-restricted
conditions, such as the human host. Therefore, IsdB was studied as a vaccine candidate. A nonadjuvant vaccine (V710) was developed based on IsdB, which showed promising results in the
preclinical, phase I, and phase IIa trials. Unexpectedly, in a phase IIb/III, in cardiothoracic
surgery patients that were infected by S. aureus, mortality was significantly higher in the
vaccinated group than the placebo. Despite increased antibody levels against IsdB in the
vaccinated patients, V710 failed to prevent S. aureus infection. Therefore, a better
understanding of the interaction between S. aureus and the immune system is required.
We have discovered that IsdB has an important role in host-pathogen interaction. This bacterial
protein activated human monocytes and murine bone marrow-derived dendritic cells
(mBMDCs) to produce proinflammatory cytokines, such as IL-6, TNF-α, IL-12, IL-23, IL-33,
and IL-1β. In silico molecular docking and DimPlot analysis predicted that IsdB binds to -TLR4
via non-covalent interactions. Microscale thermophoresis confirmed that IsdB has a high
affinity to recombinant human TLR4 in the nanomolar range. Inhibition of TLR4 completely
abolished the production of all the cytokines mentioned above in both cell types. Furthermore,
we characterized the TLR4 signaling pathway triggered by IsdB. In human monocytes, blocking
the myeloid differentiation factor 88 (MyD88) adaptor protein and NF-κβ transcription factor
caused complete abrogation of proinflammatory cytokines in response to IsdB, revealing that
IsdB induces cytokine release via the TLR4-MyD88-NF-κβ dependent pathway.
The consistent release of IL-1β suggested that IsdB induced activation of the inflammasome, a
multi-molecular complex known to play a crucial role in innate immunity. We corroborated our
observations in human monocytes and mBMDCs by inhibiting essential components of the
NLRP3 inflammasome. Blocking NLRP3, caspases in general and caspase-1 completely
inhibited the release of IL-1β. In monocytes, IsdB alone was sufficient to induce NLRPdependent IL-1β release, suggesting an alternative pathway of inflammasome activation. In
contrast, mBMDCs required an additional stimulus, such as ATP or MSU (known stress
signals) besides IsdB, to release IL-1β, indicating a classical inflammasome activation. These
results demonstrate that IsdB induces the release of IL-1β via the TLR4-NLRP3-Caspase-1
axis. Next, we addressed the molecular mechanisms involved in IsdB-induced IL-1β in monocytes.
A low concentration of intracellular potassium (K+) resulting from K+ efflux is known to trigger the NLRP3 inflammasome-mediated IL-1β release. We demonstrated that blocking potassium efflux by inhibition of ion channels, such as pannexin channels (P2X)7, and addition of extracellular KCl significantly reduced IsdB-induced IL-1β. Other common inflammasome activators, such as phagolysosome rupture and reactive oxygen species (ROS), did not contribute to the release of IL-1β in response to IsdB. In summary, we revealed yet another role of IsdB beyond iron acquisition from Hb and attachment to the host cells via vitronectin and integrins. It is conceivable that IsdB’s interaction with innate immune cells modulates the quality of the adaptive immune response, showing a new facet in the pathogen-host relationship of S. aureus that should be considered in future
vaccine development.
Die zervikale Dystonie ist charakterisiert durch eine gesteigerte Muskelkontraktion, welche zu
einer Fehlstellung des Kopfes führt. Neben den motorischen Auffälligkeiten haben Patienten
auch nicht-motorische Störungen, wie neuropsychologische Defizite oder psychiatrische
Komorbiditäten. Eine genaue Krankheitsursache ist bis heute noch nicht abschließend geklärt.
Unter anderem könnten eine fehlende laterale Hemmung, sensorische Abweichungen oder eine
gestörte neuronale Plastizität in einem Netzwerk unter Einbeziehung von Basalganglien,
sensomotorischen Kortex und Kleinhirn ursächlich für die Bewegungsstörung bei der Dystonie
sein. Diese Strukturen sind auch beim Riechen und Schmecken beteiligt. Daher wurde
angenommen, dass Dystonie-Patienten schlechter riechen und schmecken können als Gesunde
Kontrollpersonen.
Es wurden 40 Patienten und 40 Kontrollpersonen untersucht. Das Riechvermögen wurde mit den Sniffin‘ Sticks beurteilt.
Die Schmecktestung erfolgte mittels Taste-Strips.
Zur neuropsychologischen Testung wurden der MoCA, der Trail-Making-Test, der Digit-Span-Test sowie der F-A-S-Test eingesetzt; zur Erfassung von Ängstlichkeit und Depressionen wurden
Abschnitte aus dem BSI verwendet.
Es fand sich eine Beeinträchtigung der Riechschwelle, der Riechidentifikation und des Gesamtwertes aus Riechschwelle, Diskriminations- und Identifikationsfähigkeit bei Patienten mit
einer zervikalen Dystonie. Dies stimmt mit den Ergebnissen anderer, unabhängiger Arbeiten
überein. Die Beeinträchtigung der Riechfunktion bei der zervikalen Dystonie ist möglicherweise
bedingt durch eine Netzwerkstörung, insbesondere unter Einbeziehung des Kleinhirns. Auch
beim Schmecken zeigten sich schlechtere Werte bei den Patienten als bei den gesunden
Kontrollpersonen, was möglicherweise auf eine Veränderung eines Netzwerks unter
Einbeziehung des sensomotorischen Kortex oder auf die nachgewiesene Riechstörung
zurückzuführen ist. Vergleichbare Publikationen zum Schmecken bei zervikaler Dystonie gibt es
noch nicht. Die Korrelationsanalyse legt nahe, dass das Alter der Patienten und das Ausmaß der
Schmerzen im Rahmen der zervikalen Dystonie das Riechen beeinflusst. Die allgemeine kognitive
Leitungsfähigkeit wie sie im MoCA erfasst wird, beeinflusst demgegenüber das Schmecken bei
den Patienten. Die gefundenen Veränderungen beim Riechen und Schmecken sind nur gering
ausgeprägt, können aber zum besseren Verständnis der Pathophysiologie der zervikalen
Dystonie beitragen. Die Ergebnisse stützen die Annahme, dass die zervikale Dystonie eine
Netzwerkerkrankung ist.
Zusammenfassung
In der vorliegenden Studie wurde die Morphologie des N. opticus von Tupaia belangeri untersucht. Grundlage dieser Untersuchung waren die MRT-Datensätze von 20 adulten Köpfen von Tupaia belangeri beiderlei Geschlechts. Die MRT Schichtaufnahmen erfolgten mit einem 7 Tesla ClinScan Kernspintomographen der Firma Bruker. Ausgehend von diesen MRT-Datensätzen wurden Volumenmessungen des N. opticus, lineare Streckenmessungen des N. opticus und der A. centralis retinae sowie Flächenmessungen der Retina vorgenommen.
Die Ergebnisse dieser Studie verdeutlichen, dass mit Hilfe der magnetresonanztomographischer Bilddiagnostik Messungen des N. opticus, der A. centralis retinae und der Fläche der Retina bei Tupaia belangeri vorgenommen werden können. Der Vorteil bei der Magnetresonanztomographie besteht in der detailreichen Qualität der Schichtaufnahmen mit exzellentem Weichteilkontrast.
Zwischen den beiden Geschlechtern von Tupaia belangeri besteht bezüglich des Volumens des N. opticus kein signifikanter Geschlechtsdimorphismus. Mit steigendem Alter wird bei beiden Geschlechtern eine Zunahme des Volumens des N. opticus deutlich. Die Länge des N. opticus vergrößert sich mit steigendem Alter der Tiere bei beiden Geschlechtern ohne erkennbaren Geschlechtsdimorphismus. Beim Durchmesser des N. opticus zeigten sich ebenfalls keine signifikaten Unterschiede bezogen auf das Geschlecht und auf das Alter der Tiere.
Die Längenmessungen des Durchmessers der A. centralis retinae von Tupaia belangeri zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Geschlecht und dem Alter der Tiere. Bei den Flächenmessungen der Retina wurden keine signifikaten Zusammenhänge zwischen dem Geschlecht der Tiere deutlich. Eine Flächenabnahme der Retina wurde hingegen mit steigendem Alter der Tiere erkennbar.
Um mögliche Merkmalszusammenhänge zwischen dem Volumen, der Länge und dem Durchmesser des N. opticus sowie dem Durchmesser der A. centralis retinae und der Fläche der Retina darzustellen, wurde eine Korrelations- und Regressionsanalyse durchgeführt. Die Korrelationsanalysen zeigten signifikante Zusammenhänge zwischen dem Volumen des N. opticus und der Fläche der Retina und dem Volumen des N. opticus und dem Alter der Tiere. Außerdem konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen dem Volumen des N. opticus und seiner Länge festgestellt werden. Signifikante Korrelationen zwischen der A. centralis retinae und dem Volumen des N. opticus, zwischen der A centralis retinae und dem Durchmesser des N. opticus und zwischen der A. centralis retinae und der Fläche der Retina konnten nicht festgestellt werden.
Die MRT-Schichtaufnahmen von Tupaia belangeri mit dem 7-Tesla-Kleintier-MRT erlauben eine ausgezeichnete bilddiagnostische Befundung von anatomischen Strukturen innerhalb der Orbita und deren Topographie zueinander. Durch die hohe Auflösung der Bilder können die zu untersuchenden Regionen exakt analysiert und mit klinischen Daten in Bezug gesetzt werden. Mit Hilfe der Magnetresonanztomographie kann der zu vermessende anatomische Bereich abgegrenzt und in ein 3D-Rekonstruktionsmodell umgewandelt werden. Die vorliegende Studie liefert erstmalig detaillierte Größenangaben zum Volumen, der Länge und dem Durchmesser des N. opticus bei Tupaia belangeri. Die hier durchgeführten anatomischen Untersuchungen des N. opticus der Ordnung Scandentia können einen wesentlichen Beitrag zum besseren Verständnis der Morphologie der Kopfregion von Primaten darstellen.
Nach Knockout der Transkriptionsfaktors Bcl11b
entwickeln sich T-Vorläuferzellen und reife CD8+-T-Lymphozyten zu NK-ähnlichen
Zellen mit einem hohen zytotoxischen Potential gegenüber Tumorzellen. Durch die
resultierende Kombination von NK- und T-Zell-Eigenschaften erscheinen diese Zellen
für den Einsatz in der Tumortherapie interessant. Die vorliegende Arbeit untersucht
transkriptionelle Veränderungen in Bcl11b-Knockoutzellen, welche mithilfe eines Cre-Loxp-Rekombinasesystems aus reifen murinen CD8+-T-Zellen generiert wurden.
Konkret wurden die Auswirkungen des Knockouts auf das Bcl11b-Gen selbst, auf das
Genexpressionsprogramm sowie die Überlebenseigenschaften überprüft.
Bei der Untersuchung von T- und NK-Zell-assoziierten Genen
fiel eine deutliche Hochregulation der mRNA-Transkription einzelner NK-Zell-Rezeptoren (NKp46, NK1.1, FcγRIII, CD244) und ITAM-enthaltender Adaptermoleküle
(Dap12, FcεRIγ) auf, während die mRNA-Expression des TZR-Komplexes
unbeeinflusst blieb. Da NKp46, Dap12 und die über den FcγRIII (CD16) vermittelte
Antikörper-abhängige zelluläre Zytotoxizität als bedeutende Mechanismen der
Antitumoraktivität von NK-Zellen bekannt sind, könnten diese Stimulations- und
Signalwege auch in Bcl11b-Knockoutzellen den Zuwachs an zytotoxischer Aktivität
erklären. Die nachgewiesene gesteigerte mRNA-Expression von Granzymen und
Perforinen komplettiert das zytotoxische Potential.
Eine maßgebliche Beteiligung von Bcl2, BclxL und
Trail an der reduzierten Vitalität der kultivierten reifen CD8+-T-Zellen konnte auf mRNA-Ebene ausgeschlossen werden. Insgesamt werden
sowohl vielversprechende als auch noch verbesserbare Merkmale der generierten
Bcl11b-Knockoutzellen für den adoptiven Zelltransfer in der Tumortherapie aufgezeigt.
Malignomerkrankungen gehen mit einer erhöhten Inzidenz thrombembolischer
Ereignisse einher, wobei GBM-Patienten am meisten gefährdet sind. Die genauen
Ursachen des hohen prokoagulativen Potentials von GBM-Patienten sind wenig
untersucht. Diese Dissertationsarbeit beschreibt zum ersten Mal die primäre
Hämostase in einer homogenen Gruppe von GBM Patienten. Gemessen wurde die
Thrombozytenaktivierung und -reaktivität von jeweils 21 GBM-Patienten und
gesunden Kontrollprobanden. Dabei zeigten die Thrombozyten der GBM-Patienten
eine stärkere Aktivierung, weil in den Messungen die Oberflächenexpression von
CD63, sowie die Sekretion von P-Selektin ins Plasma erhöht waren. Durch eine
gesteigerte Fibrinogenanbindung an den aktivierten GPIIb/IIIa-Rezeptor bzw.
erhöhte Oberflächenexpression von CD63, zeigten die Thrombozyten der GBMPatienten
nach ex vivo Stimulation mit ADP und TRAP eine erhöhte Reaktivität.
Eine erhöhte Bildung von Thrombozyten-Leukozyten-Konjugaten konnte trotz
gesteigerter Thrombozytenaktivität in der GBM-Patienten-Gruppe nicht beobachtet
werden. Tendenziell war die Konjugatbildung in der Monozytenpopulation sogar
vermindert. Dieser Zusammenhang lässt sich nicht in den Kontext der gängigen
Literatur bringen, insbesondere da sich die Funktion der Leukozyten gleichwertig als
unbeeinträchtigt zwischen GBM-Patienten und Kontrollprobanden zeigte. Um diesen
Sachverhalt zu erklären, müssen weitere Untersuchungen, wie die Studie zur
Untersuchung des PSGL-1 auf Leukozyten, durchgeführt werden. Darüber hinaus ist
unklar, wie es zu den hier beschriebenen Veränderungen kommt. Interaktionen
zwischen dem GBM und seinem Tumormikromilieu (TAM) wurden bereits
untersucht, aber eine aktive Beeinflussung von Zellen außerhalb seines Mikromilieus
ist für das GBM noch nicht beschrieben worden, jedoch wäre es ein denkbarer
Erklärungsansatz. Die S1P-Spiegel im PRP von GBM-Patienten zeigten sich signifikant
reduziert gegenüber denen der Kontrollprobanden, was einen systemischen
Ausdruck des antiinflammatorischen Status des GBM darstellen könnte. Die globale
Hämostase zeigte sich bei GBM-Patienten und Kontrollprobanden in der
vorliegenden Dissertation uneingeschränkt, wobei dies nicht der zentrale
Gegenstand der Arbeit war.
In einer stetig alternden Gesellschaft mit einem immer größeren Bedarf an
medizinischer Versorgung und mit fortschreitendem Fachärztemangel, stellen
teledermatologische Systeme wie das an der Hautklinik Greifswald entwickelte
System Mobil Skin® und die dazugehörige App mSkin® einen innovativen und
kostensparenden Lösungsansatz dar. Die Etablierung eines solchen Systems
basiert auf der Zufriedenheit seiner Nutzer.
Ziel dieser Studie war es zu überprüfen, wie zufrieden Patienten, Notärzte und
Hautärzte mit dem System im Rahmen der notärztlichen Behandlung in der ZNA
Greifswald waren und welche Faktoren speziell Einfluss auf die Zufriedenheit der
Patienten hatten.
Zu diesem Zweck erfolgte eine retrospektive schriftliche Befragung mit Hilfe von
Fragebögen und auf der Basis zusätzlicher patientenbezogenen Informationen.
Das für die Studie ausgewählte Kollektiv bestand aus allen Patienten, die sich im
Zeitraum vom 01.03.2016 bis 31.12.2018 in der ZNA Greifswald mit einer
Hautkrankheit vorgestellt hatten und dort mit Hilfe der App mSkin® behandelt
wurden, sowie aus den an dieser Behandlung beteiligten Ärzten.
Es nahmen 73 Patienten sowie 13 Ärzte der ZNA Greifswald und 4 Ärzte der
Hautklinik Greifswald an der Befragung teil. Die Zufriedenheit wurde u. a. in Form
eines sog. Zufriedenheitsscores ausgedrückt. Dieser lag bei den Patienten bei
23,85 (von 30), bei den Ärzten der ZNA bei 17,23 (von 30) und bei den Ärzten
der Hautklinik bei 22 (von 30). Zusätzlich wurden Alter, Geschlecht, Diagnose,
Behandlungsverlauf, DLQI-Score und Beschwerdescore der Patienten mit dem
Zufriedenheitsscore sowie mit ausgewählten Zufriedenheitsfragen der Patienten
korreliert. Einen Einfluss auf die Patientenzufriedenheit hatten leicht signifikant
das Alter (p=0,052) und signifikant der DLQI-Score (p=0,025) sowie der
Beschwerdescore (p= 0,045). Die Ergebnisse unterstreichen die im allgemeinen
hohe Akzeptanz und Zufriedenheit mit teledermatologischen Anwendungen
insbesondere auf Patientenseite. Die der Zufriedenheit zugrunde liegenden
Mechanismen bedürfen jedoch weiterer Untersuchungen.
Zur Verwendung von Miniimplantaten (MI) als strategische Pfeiler zur Optimierung des Halts und der Stabilität von herausnehmbarem Zahnersatz existieren aktuell nur wenige Veröffentlichungen. Daher wurde eine prospektive randomisierte Studie initiiert, um die klinische Performance von MI als zusätzliche Pfeiler zur Abstützung von Teilprothesen nach verschiedenen Belastungsprotokollen über einen mittelfristigen Zeitraum von drei Jahren zu vergleichen. Der primäre Endpunkt ist der Knochenabbau an den MI. Die vorliegende Arbeit dient der Ermittlung von longitudinalen Veränderungen der Festigkeit und der Überlebensraten von MI und Zähnen im Gruppenvergleich, der Prüfung möglicher Korrelationen zwischen Eindrehmomenten, Periotest- und Osstell-Werten sowie zur Abschätzung der Vorhersagekraft von den erhobenen Festigkeitswerten für Implantatverluste.
Insgesamt wurden 76 Patienten mit 79 Studienkiefern (31 Oberkiefer und 48 Unterkiefer), bei denen die Insertion von 232 MI erfolgte, in die Studie einbezogen. Im Therapiearm A wurden die MI in Abhängigkeit vom finalen Eindrehmoment entweder sofort mit den Matrizen belastet (≥ 35 Ncm) oder vorerst mit einer weichbleibend unterfütterten Prothese versorgt (< 35 Ncm). Im Therapiearm B erfolgte die Belastung mit Matrizen nach vier Monaten so, wie die der MI nach weichbleibender Unterfütterung in Gruppe A.
Die Unterschiede zwischen den Gruppen A und B hinsichtlich der longitudinalen Periotest- und Resonanzfrequenzanalyse (RFA)-Werte und des Überlebens von MI (92 % versus 95 %) und Zähnen (88 % versus 92 %) waren nicht relevant. Die 3-Jahres-Überlebensrate der MI im Unterkiefer (99 %) war signifikant höher als im Oberkiefer (87 %). Die Periotest- und RFA-Werte zeigten eine ausgeprägte negative Korrelation und der vermutete Zusammenhang zwischen steigenden Periotest-Werten und dem Verlustrisiko für diese MI wurde bestätigt. Innerhalb von drei Jahren konnte außerdem eine Zunahme der medianen, mittels Periotest gemessenen Zahnstabilität von 9,5 auf 5,0 in Gruppe A und von 8,0 auf 2,0 in Gruppe B beobachtet werden.
Die Verwendung von strategischen MI zur Stabilisierung herausnehmbarer Teilprothesen, insbesondere bei Patienten mit reduzierter Restbezahnung, stellt unabhängig vom Belastungsmodus eine mittelfristig erfolgreiche Therapieoption als Alternative zu konventionellen Implantaten dar. Die Festigkeitswerte der MI sind niedriger als bei Standarddurchmesser-Implantaten und verändern sich nur wenig in drei Jahren. Steigende Periotest-Werte können Implantatverluste vorhersagen. Die Zahnmobilität nimmt in beiden Gruppen kontinuierlich ab. Weitere Studien zu MI in dieser Indikation sind erforderlich.
Background: A large body of research indicates that the cognitions individuals have
about their own age and aging, so called self-perceptions of aging (SPA), predict health and
wellbeing in later life. However, much less is known about associations of SPA with
developmental correlates such as personality. Some initial studies have found cross-sectional
and longitudinal associations of the Big Five traits (openness to experience,
conscientiousness, extraversion, agreeableness, and neuroticism) with SPA. Building on these
findings, this thesis aimed at advancing knowledge on associations of personality with SPA.
To this end, cross-sectional associations of the meta-traits of agency, i.e., a focus on the self,
and communion, i.e., a focus on others, with SPA were examined in study 1, and longitudinal
associations of agentic and communal personal values with SPA were examined in study 2.
Study 3 aimed at expanding findings of previous studies on associations of SPA with selfreported
physical function to an objective indicator of physical function, namely, gait pattern.
In all studies, SPA were treated as a multidimensional construct comprising gains and losses.
Methods: Study 1 was based on data of 154 adults aged 75 and older that were
recruited in hospital. Data was collected one month after recruitment. In regression analyses,
associations of agentic and communal traits with SPA beyond health were examined. Study 2
was based on data of 6,089 adults aged 40 and older enrolled in the German Ageing Survey
(DEAS). Multiple regression analyses were used to test whether personal value priority
predicted change in SPA over three years beyond age stereotypes. For study 3, latent profile
analysis was employed to detect gait patterns based on data of 150 adults aged 70 and older
collected via an automated walkway at participants’ regular speed and individual maximum
speed. In a next step, associations of SPA with gait patterns beyond personality traits were
investigated in binary logistic regressions.
Results: Agentic and communal personality traits were associated with gain-, but not
loss-related SPA when controlling for health (study 1). In study 2, the value priority of
openness to change (self-direction, stimulation) predicted more gain-related SPA three years
later, while the value priority of conservation (tradition, security) was negatively associated
with gain-related SPA. The value priority of self-enhancement (achievement, power) was
associated with more loss-related SPA three years later. Finally, the value priority of selftranscendence
(universalism, benevolence), i.e. a concern for the well-being of others, was
associated with more gain- and less loss-related SPA at follow-up. In study 3, latent profile
analyses distinguished two groups with different gait patterns in both gait speed conditions.
One group exhibited a slower and less well-coordinated gait pattern, which reflected
functional limitations. The other group exhibited a faster and well-coordinated gait pattern,
which reflected better physical function. More loss-, but not gain-related SPA were associated
with higher likelihood to exhibit a functionally limited gait pattern at regular speed.
Conversely, gain- but not loss-related SPA were associated with higher likelihood to exhibit a
fit gait pattern at individual maximum speed.
Conclusion: Results of this thesis have three main implications for research on SPA.
First, agency and communion may constitute useful dimensions for further investigating SPA
domains, as both were associated with SPA in study 1. Second, findings of study 2 point to
the role of motivation for SPA that needs to be further explored. Third, findings of study 3
indicate that SPA are not only associated with self-reported, but also objectively measured
physical function, which stresses the importance of SPA for health in later life. As a practical
implication, the findings presented here suggest that interventions on SPA should consider
participants’ personality, both on the level of traits and values.
Zusammenfassung
Zielsetzung: Eine Analyse des Hygienestatus im Rettungsdienst in Deutschland ergab eine Reihe von Defiziten (Groß 2010). Die sich daraus ergebenden Schlussfolgerungen wurden zunächst publiziert (Groß et al. 2010, Kramer et al. 2013), fanden 2014 Eingang in die Leitlinie der AWMF zu „Hygienemaßnahmen beim Patiententransport“ und wurden 2019 bei der Aktualisierung der Leitlinie berücksichtigt, wobei die ursprünglichen Schlussfolgerungen der o.g. Arbeit nicht an Gültigkeit eingebüßt haben. Um die Situation in einem ganzen Land zu analysieren, wurde Island als kleines Land ausgewählt.
Methode: Im Juli 2011 wurde eine Islandweite flächendeckende Umfrage in Form eines Fragebogens durchgeführt und an alle Rettungswachen verteilt, die am Krankentransport und Rettungsdienst beteiligt sind und 24-Stunden Bereitschaftsdienst haben. Ein Fragebogen mit 43 Fragen richtete sich an die Wachleiter*innen, ein separater Fragebogen mit 35 Fragen an das Personal.
Ergebnisse: 33 Fragebögen der Wachleiter*innen und 94 Fragebögen des Personals wurden vollständig beantwortet und ausgewertet.
Es kann auf beinahe allen befragten Themengebieten ein Defizit in der Gesetzeslage bzw. in Bezug auf Vorschriften und Leitlinien festgestellt werden. Das hat einen mangelhaften Wissensstand des Personals des Rettungsdiensts und Krankentransports zur Folge. Die Personalhygiene (Hände, Kleidung, Impfungen), der Fahrzeuge, Schutzmaßnahmen gegen multiresistente Erreger, die Qualitätssicherung und die Schulung bedürfen einer durchgreifenden Verbesserung. Gerade wenn vor allem in ländlichen Regionen Islands nur wenige Krankentransporte durchgeführt werden, entbindet das nicht von der Einhaltung der Basishygiene.
Schlussfolgerung: In der rasch globalisiert wachsenden Welt muss eine einheitliche landesübergreifende Regelung hygienischer Verfahrensweisen zum Schutz des Personals und der Patienten*innen im Rettungsdienst und Krankentransport in Island ausgearbeitet und unterrichtet werden.
Da es nur wenig offizielle und v.a. länderübergreifende Empfehlungen bzw. Verfahrensanweisungen gibt, wird zur Verbesserung ein Maßnahmenkatalog vorgeschlagen, der der Nationalen Gesundheitsbehörde übergeben wurde.
VER155008 konkurriert als ATP-Analogon um die Bindung an HSP70 und agiert hierbei als
spezifischer Inhibitor dieses Hitzeschockproteins. Bisherige Studien konnten einen
zytotoxischen Effekt von VER155008 auf verschiedene Tumorentitäten zeigen, die
vielfältigen Wirkmechanismen bleiben bisher allerdings noch weitgehend ungeklärt.
Hitzeschockproteine (HSPs) sind molekulare Chaperone, sie vermitteln korrekte Faltung,
Stabilisierung, Transport und Abbau von Proteinen, regulieren Transkriptionsfaktoren und
können auf Zellsignalkaskaden Einfluss nehmen. Diverse Tumorentitäten, wie auch das
Prostatakarzinom (PCa) zeigen eine gesteigerte HSP-Expression. HSPs tragen durch
antiapoptotische Effekte zur Proliferation, Invasion und Metastasierung des Tumors bei und
können Resistenzmechanismen gegenüber Therapeutika im PCa vermitteln.
Diese Arbeit konnte zunächst einen wachstumshemmenden, konzentrationsabhängigen
Effekt des HSP70-Inhibitors VER155008 auf die PCa-Zelllinien PC-3 und LNCaP nachweisen.
Geeignete Wirkstoffkonzentrationen, um einen halbmaximalen inhibitorischen Effekt (IC50)
zu erzielen wurden in PC-3-Zellen bei 3μM und LNCaP-Zellen bei 10μM VER155008 ermittelt.
Anschließende Proteinanalysen zeigten eine Modulation der Expression verschiedener HSPs,
sowie des Androgenrezeptors (AR), einem zentralen Proliferationsfaktor des PCa, als
Reaktion auf die HSP70-Inhibition. Untersucht wurde die Expression von HSP27, HSP70,
HSP90α/ß, sowie der Co-Chaperone HSP40, HSP60 und HOP und des AR. Die Expression von
HSP90ß, dem Bindungspartner des AR im AR-Multi-Chaperonkomplex, sowie HOP, seinem
Co-Chaperon, wurde in beiden PCa-Zelllinien um bis zu 50% signifikant supprimiert.
Zusätzlich zeigt sich eine um bis zu 70% supprimierte Expression von HSP27 nach
VER155008-Behandlung beider PCa-Zelllinien im Vergleich zur Kontrolle. HSP27 ist ein
wichtiges zytoprotektives Chaperon, dessen vermehrte Expression mit Therapieresistenzen
gegenüber Docetaxel, sowie einer schlechten Prognose des PCa assoziiert wird. Es vermittelt
die Translokation des AR in den Zellkern und reguliert dadurch die proliferative Wirkung der
AR-Aktivierung. Die HSP70-Inhibierung zeigte zusätzlich eine signifikante Reduktion des AR
um 40% in LNCaP-Zellen.
VER155008 zeigt sich als effektiver Wachstumsinhibitor des Prostatakarzinoms, der sowohl
in der hormonsensitiven LNCaP-, als auch in der kastrationsresistenten PC-3-Zelllinie
antiproliferative Wirkung zeigt, die unter anderem durch eine Modulation der Expression
von Hitzeschockproteinen und des Androgenrezeptors vermittelt wird.
Die Arbeit versucht, die Forschungslücke zwischen Inselbegabung und deren Einstufung in den beruflichen Kontext zu schließen.
Dazu wird eine absolute Prävalenz ermittelt, um die Systemrelevanz des Syndroms bewerten zu können. Zudem wird die Einflussmöglichkeit des Betrieblichen Gesundheitsmanagements auf die Integrationsfähigkeit von Inselbegabten hinterfragt.
Hierfür wird eine quantitative Empirie genutzt, um eine Korrelation zwischen der Existenz eines Betrieblichen Gesundheitsmanagements und der Integrationsfähigkeit zu prüfen. Es zeigt sich, dass keine Korrelation besteht. Sehr wohl steht aber eine Integrationsfähigkeit mit der Unternehmensgröße im Zusammenhang, weil gerade Kleinstunternehmen das beste Milieu zur Beschäftigung von Inselbegabten bieten.
The aim of the present study was to construct a biological age score reflecting one’s physiologic capability and aging condition with respect to tooth loss over 10 y. From the follow-up to the population-based Study of Health in Pomerania (i.e., SHIP-2), 2,049 participants were studied for their baseline biomarker measures 10 y before (i.e., in SHIP-0). Metabolic and periodontal data were regressed onto chronological age to construct a score designated as “biological age.” For either sex separately, the impact of this individualized score was used to predict tooth loss in the follow-up cohort in comparison with each participant’s chronological age. Outcome data after 10 y with respect to tooth loss, periodontitis, obesity, and inflammation were shown to be better for biologically younger subjects than as expected by their chronological age, whereas for the older subjects, data were worse. Especially for tooth loss, a striking increase was observed in subjects whose biological age at baseline appeared to be higher than their chronological age. Biological age produced significantly better tooth loss predictions than chronological age (P < 0.001). Areas under receiver operating characteristic curves for tooth loss of ≥3 teeth in men during follow-up were 0.811 and 0.745 for biological and chronological age, respectively. For women, these figures were 0.788 and 0.724. For total tooth loss, areas under the curve were 0.890 and 0.749 in men and 0.872 and 0.752 in women. Biological age combines various measures into a single score and allows identifying individuals at increased risk of tooth loss.
Evidence is limited regarding whether periodontal treatment improves hemoglobin A1c (HbA1c) among people with prediabetes and periodontal disease, and it is unknown whether improvement of metabolic status persists >3 mo. In an exploratory post hoc analysis of the multicenter randomized controlled trial “Antibiotika und Parodontitis” (Antibiotics and Periodontitis)—a prospective, stratified, double-blind study—we assessed whether nonsurgical periodontal treatment with or without an adjunctive systemic antibiotic treatment affects HbA1c and high-sensitivity C-reactive protein (hsCRP) levels among periodontitis patients with normal HbA1c (≤5.7%, n = 218), prediabetes (5.7% < HbA1c < 6.5%, n = 101), or unknown diabetes (HbA1c ≥ 6.5%, n = 8) over a period of 27.5 mo. Nonsurgical periodontal treatment reduced mean pocket probing depth by >1 mm in both groups. In the normal HbA1c group, HbA1c values remained unchanged at 5.0% (95% CI, 4.9% to 6.1%) during the observation period. Among periodontitis patients with prediabetes, HbA1c decreased from 5.9% (95% CI, 5.9% to 6.0%) to 5.4% (95% CI, 5.3% to 5.5%) at 15.5 mo and increased to 5.6% (95% CI, 5.4% to 5.7%) after 27.5 mo. At 27.5 mo, 46% of periodontitis patients with prediabetes had normal HbA1c levels, whereas 47.9% remained unchanged and 6.3% progressed to diabetes. Median hsCRP values were reduced in the normal HbA1c and prediabetes groups from 1.2 and 1.4 mg/L to 0.7 and 0.7 mg/L, respectively. Nonsurgical periodontal treatment may improve blood glucose values among periodontitis patients with prediabetes (ClinicalTrials.gov NCT00707369).
Periodontitis is one of the most prevalent oral diseases worldwide and is caused by multifactorial interactions between host and oral bacteria. Altered cellular metabolism of host and microbes releases a number of intermediary end products known as metabolites. There is an increasing interest in identifying metabolites from oral fluids such as saliva to widen the understanding of the complex pathogenesis of periodontitis. It is believed that some metabolites might serve as indicators toward early detection and screening of periodontitis and perhaps even for monitoring its prognosis in the future. Because contemporary periodontal screening methods are deficient, there is an urgent need for novel approaches in periodontal screening procedures. To this end, we associated oral parameters (clinical attachment level, periodontal probing depth, supragingival plaque, supragingival calculus, number of missing teeth, and removable denture) with a large set of salivary metabolites (n = 284) obtained by mass spectrometry among a subsample (n = 909) of nondiabetic participants from the Study of Health in Pomerania (SHIP-Trend-0). Linear regression analyses were performed in age-stratified groups and adjusted for potential confounders. A multifaceted image of associated metabolites (n = 107) was revealed with considerable differences according to age groups. In the young (20 to 39 y) and middle-aged (40 to 59 y) groups, metabolites were predominantly associated with periodontal variables, whereas among the older subjects (≥60 y), tooth loss was strongly associated with metabolite levels. Metabolites associated with periodontal variables were clearly linked to tissue destruction, host defense mechanisms, and bacterial metabolism. Across all age groups, the bacterial metabolite phenylacetate was significantly associated with periodontal variables. Our results revealed alterations of the salivary metabolome in association with age and oral health status. Among our comprehensive panel of metabolites, periodontitis was significantly associated with the bacterial metabolite phenylacetate, a promising substance for further biomarker research.
For the goal of individualized medicine, it is critical to have clinical phenotypes at hand which represent the individual pathophysiology. However, for most of the utilized phenotypes, two individuals with the same phenotype assignment may differ strongly in their underlying biological traits. In this paper, we propose a definition for individualization and a corresponding statistical operationalization, delivering thereby a statistical framework in which the usefulness of a variable in the meaningful differentiation of individuals with the same phenotype can be assessed. Based on this framework, we develop a statistical workflow to derive individualized phenotypes, demonstrating that under specific statistical constraints the prediction error of prediction scores contains information about hidden biological traits not represented in the modeled phenotype of interest, allowing thereby internal differentiation of individuals with the same assigned phenotypic manifestation. We applied our procedure to data of the population-based Study of Health in Pomerania to construct a refined definition of obesity, demonstrating the utility of the definition in prospective survival analyses. Summarizing, we propose a framework for the individualization of phenotypes aiding personalized medicine by shifting the focus in the assessment of prediction models from the model fit to the informational content of the prediction error.
Aims
Averaged measurements, but not the progression based on multiple assessments of carotid intima-media thickness, (cIMT) are predictive of cardiovascular disease (CVD) events in individuals. Whether this is true for conventional risk factors is unclear.
Methods and results
An individual participant meta-analysis was used to associate the annualised progression of systolic blood pressure, total cholesterol, low-density lipoprotein cholesterol and high-density lipoprotein cholesterol with future cardiovascular disease risk in 13 prospective cohort studies of the PROG-IMT collaboration (n = 34,072). Follow-up data included information on a combined cardiovascular disease endpoint of myocardial infarction, stroke, or vascular death. In secondary analyses, annualised progression was replaced with average. Log hazard ratios per standard deviation difference were pooled across studies by a random effects meta-analysis. In primary analysis, the annualised progression of total cholesterol was marginally related to a higher cardiovascular disease risk (hazard ratio (HR) 1.04, 95% confidence interval (CI) 1.00 to 1.07). The annualised progression of systolic blood pressure, low-density lipoprotein cholesterol and high-density lipoprotein cholesterol was not associated with future cardiovascular disease risk. In secondary analysis, average systolic blood pressure (HR 1.20 95% CI 1.11 to 1.29) and low-density lipoprotein cholesterol (HR 1.09, 95% CI 1.02 to 1.16) were related to a greater, while high-density lipoprotein cholesterol (HR 0.92, 95% CI 0.88 to 0.97) was related to a lower risk of future cardiovascular disease events.
Conclusion
Averaged measurements of systolic blood pressure, low-density lipoprotein cholesterol and high-density lipoprotein cholesterol displayed significant linear relationships with the risk of future cardiovascular disease events. However, there was no clear association between the annualised progression of these conventional risk factors in individuals with the risk of future clinical endpoints.
BK polyomavirus-associated haemorrhagic cystitis (BKHC) is a complication after allogeneic stem cell transplantation, which can occur in 5–60% of the cases. BK viruria alone can also occur in up to 100%. BKHC can lead to severe morbidity in stem cell-transplanted patients, but data about this disease is limited. Consequently, we conducted a prospective unicentric non-interventional trial on BKHC as well as BK viruria after first adult allogeneic stem cell transplantation with a follow-up time of 1 year after inpatient treatment. Between November 2013 and December 2015, we were able to include 40 adult patients with a mean age of 52.8 years. Twenty-seven (67.5%) of these patients were male and 13 (32.5%) were female. Acute myeloid leukaemia was the most frequent underlying disease (n = 15; 37.5%). Only 1 patient developed BKHC during inpatient treatment (n = 1; 2.5%), but BK viruria was frequent (n = 11; 27.5%) during inpatient treatment as well as in the follow-up time (n = 14; 35%). Interestingly, BK viruria was significantly associated with mucositis (p = 0.038) and number of transfused platelet concentrates (p = 0.001). This unexpected association will be discussed and needs further investigation.
Das Mammakarzinom ist die häufigste maligne Tumorerkrankung bei Frauen. In verschiedenen Studien konnte bereits gezeigt werden, dass Heparin einen Einfluss auf das Überleben von Tumorpatienten hat. Heparin ist ein stark negativ geladenes Molekül, dadurch kann es Komplexe mit basischen Proteinen bilden. Neben seiner Wirkung auf die Blutgerinnung wurden bei Heparin antikanzerogene Effekte beobachtet, wobei diese nicht in Zusammenhang mit den antikoagulatorischen Eigenschaften zu stehen scheinen.
Zytokine, kleine lösliche Proteine, können Einfluss auf die Interaktion und Kommunikation von Zellen nehmen. Des Weiteren sind sie an der Immunantwort unseres Körpers beteiligt.
In dieser Arbeit wurde der Einfluss von unfraktioniertem Heparin auf die Proliferation, Zytokinsekretion, Invasion und Migration von humanen Mammakarzinomzelllinien untersucht. Es wurden die humanen Mammakarzinomzelllinien MDA-MB-231 und MCF-7 eingesetzt. Die Zellen wurden ohne bzw. mit unfraktioniertem Heparin in der Dosierung 5 µg/ml sowie mit den Stimulationsfaktoren HGF, EGF, SDF-1α und TGF-β in den Dosierungen 10 ng/ml und 100 ng/ml inkubiert. Im Anschluss erfolgte zunächst mittels Cell Titer Blue® eine Bestimmung der relativen Zellzahl, um Rückschlüsse auf die Spontanproliferation erhalten zu können. Des Weiteren wurden mittels ELISA die Zytokinsekretion von IL-8, IL-11, RANTES, MCP-1, IP-10 und MIG sowie mittels real-time RT-PCR die Zytokinexpression von IL-8 untersucht. Darüber hinaus wurden der Einfluss von Heparin auf das Invasionsverhalten ermittelt und, zur Echtzeit-Beobachtung der Zellen unter unterschiedlichen Bedingungen, ein Wound-Healing-Assay (Scratch-Assay) durchgeführt.
Weder die eingesetzten Stimulationsfaktoren HGF, EGF, SDF-1α und TGF-β noch Heparin hatten einen signifikanten Einfluss auf die Spontanproliferation der MDA-MB-231-Zellen. Bei den MCF-7-Zellen konnte sowohl durch HGF als auch durch Heparin die Zellzahl im Vergleich zur unbehandelten Kontrollgruppe innerhalb von 48 Stunden gesteigert werden.
Heparin konnte die Zytokinsekretion sowohl auf Protein- als auch auf Genebene beeinflussen, dieser Effekt war zelllinien- sowie zytokinspezifisch. Bei den MDA-MB-231-Zellen konnte das eingesetzte Heparin die Zytokinsekretion von IL-8 signifikant und von IL-11 in der Tendenz herabregulieren. Für die MCF-7-Zellen konnte eine basale Sekretion von RANTES nachgewiesen werden, wobei diese nicht durch Heparin oder die Stimulationsfaktoren beeinflusst wurde.
Für IL-8 wurde diese Beobachtung zudem mittels real-time RT-PCR untersucht. Die größten Effekte konnten hier bei den MDA-MB-231-Zellen nach vier und acht Stunden festgestellt werden. Bei den MCF-7-Zellen zeigte sich dahingegen eine unzureichende IL-8-Expression auf Genebene.
Das eingesetzte Heparin hatte keinen wesentlichen Einfluss auf das Invasionsverhalten der MDA-MB-231-Zellen. Auch der Einsatz der Stimulationsfaktoren konnte das Invasionsverhalten der Zellen nicht verstärken. Bei den MCF-7-Zellen konnte innerhalb von 72 Stunden kein Invasionsverhalten beobachtet werden.
Im Wound-Healing-Assay konnten für die MDA-MB-231-Zellen keine signifikanten Ergebnisse erreicht werden, wobei Heparin ohne weitere Zusätze in der Tendenz den größten Effekt auf das Migrationsverhalten der Zellen hatte und dieses steigerte. Bei den MCF-7-Zellen konnte dahingegen kein Migrationsverhalten, sondern lediglich Zellproliferation beobachtet werden.
Heparin konnte sowohl die Spontanproliferation, die Zytokinsekretion sowie das Migrationsverhalten der verwendeten humanen Mammakarzinomzelllinien MDA-MB-231 und MCF-7 zelllinienspezifisch modulieren. Hiermit konnte gezeigt werden, dass Heparin in der Lage ist, das Tumormikromilieu humaner Mammakarzinomzelllinien zu beeinflussen. Heparin kann somit wiederum sowohl in das Tumorwachstum selbst als auch in den Metastasierungsprozess eingreifen.
Zum weiteren Verständnis, wie Heparin auch weitere Prozesse der Karzinogenese beeinflussen kann, müssten weitere, an diese Arbeit anknüpfende Untersuchungen erfolgen. Es konnte aber gezeigt werden, dass Heparin in der Lage ist, unabhängig von seinen antikoagulatorischen Eigenschaften, auf viele Schritte der Tumorentstehung, des Tumorwachstums und der Ausbreitung der Karzinomzellen Einfluss zu nehmen.
Particle-in-Cell (PIC) simulations are used to model the MS4 test thruster of Thales Deutschland. Given as input the geometric shape, material components, magnetic field and the operating parameters of the experiment, the model is able to reproduce the experimentally observed emission pattern in the plume. This is determined by the magnetic field line structure and the resulting plasma dynamics in the near-field region close to the exit.
The coagulase-negative staphylococcal (CoNS) species Staphylococcus lugdunensis is unique in causing serious infections in humans that resemble those of Staphylococcus aureus rather than those of other CoNS species. The colonization and invasion of host tissue presupposes the presence of adherence factors, but only a few proteins mediating adhesion of S. lugdunensis to biotic surfaces are known yet. Here, we report on the functionality of the S. lugdunensis enolase (SlEno), which performs two distinct roles, first, as the metabolic enzyme of the glycolysis, and second, as an adherence factor to the extracellular matrix (ECM) of cells. Phylogenetic analyses of the SlEno confirmed their high conservation to enolases of other species and revealed a closer relationship to Staphylococcus epidermidis than to S. aureus. Using matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry and Western blot experiments, we identified SlEno to be located in the cytoplasm as well as on the cell surface of S. lugdunensis. Recombinantly generated and surface-associated SlEno showed the usual enolase activity by catalyzing the conversion of 2-phosphoglycerate to phosphoenolpyruvate but, in addition, also displayed strong binding to immobilized laminin, fibronectin, fibrinogen, and collagen type IV in a dose-dependent manner. We also showed a strong binding of SlEno to plasminogen (Plg) and observed a tissue plasminogen activator (tPA)-dependent conversion of Plg to plasmin (Pln) whereby the Plg activation significantly increased in the presence of SlEno. This interaction might be dependent on lysines of the SlEno protein as binding to Plg was inhibited by ε-aminocaproic acid. Furthermore, the enhanced activation of the Plg/Pln system by SlEno enabled S. lugdunensis to migrate through a fibrin matrix. This migration was about 10-fold higher than without exogenously added SlEno. Finally, we observed a significantly higher clearance of S. lugdunensis by freshly prepared granulocytes and in the presence of anti-SlEno antibodies. In conclusion, these data demonstrate for the first time a moonlighting function of the S. lugdunensis enolase, which is an underrated virulence factor for colonization and invasion of tissues. Hence, SlEno might be a potential vaccine candidate to prevent severe infections caused by this pathogen.
Free light chains kappa (FLCκ) in cerebrospinal fluid (CSF) are a part of the intrathecal immune response. This observational study was conducted to investigate the effects of different disease-modifying therapies (DMT) on the humoral intrathecal immune response in the CSF of patients with multiple sclerosis (MS). FLCκ were analyzed in CSF and serum samples from MS patients taking DMT (n = 60) and those in a control cohort of treatment-naïve MS patients (n = 90). DMT was classified as moderately effective (including INFß-1a, INFß-1b, glatiramer acetate, dimethyl fumarate, teriflunomide, triamcinolone); highly effective (including fingolimod, daclizumab) and very highly effective (alemtuzumab, natalizumab, rituximab/ocrelizumab, mitoxantrone). FLCκ were measured using a nephelometric FLCκ kit. Intrathecal FLCκ and IgG concentrations were assessed in relation to the hyperbolic reference range in quotient diagrams. Intrathecal FLCκ concentrations and IgG concentrations were significantly lower in samples from the cohort of MS patients taking very highly effective DMT than in samples from the cohort of MS patients taking highly effective DMT and in the treatment-naïve cohort (FLCκ: p = 0.004, p < 0.0001 respectively/IgG: p = 0.013; p = 0.021). The reduction in FLCκ could contribute to an anti-inflammatory effect in the CNS through this mechanism. There was no difference in the appearance of CSF-specific oligoclonal bands (p = 0.830). Longitudinal analyses are required to confirm these results.
Coastal dunes near the Baltic Sea are often stabilized by Scots pine forests and are characterized by a mild climate. These ecosystems are affected by water shortages and might be influenced by climate extremes. Considering future climate change, utilizing tree rings could help assess the role of climate extremes on coastal forest growth. We used superposed epoch analysis to study Scots pine responses to droughts and cold winters, with focus on frequency, timing, and duration. We measured ring widths (RW) and latewood blue intensity (LBI) on samples extracted from trees growing at dune ridge and bottom microsites at the south Baltic Sea. At the regional scale, we observed some similarities in tree responses to both extremes between RW and LBI within the same microsite type and region. At the local scale, RW and LBI were more frequently influenced by cold winters than droughts. RW and LBI from dune ridges were more frequently influenced by droughts than RW and LBI from dune bottoms. LBI from both microsites was more often influenced by droughts than RW. RW and LBI from both microsites were similarly often influenced by cold winters. At both scales, the response time of RW and LBI after droughts predominantly lagged by one year, while cold winters were recorded in the same year. The typical duration of growth reductions after both extremes was one year for both RW and LBI. Our study indicates that Scots pine from the Baltic Sea region is sensitive to climate extremes, especially cold winters.
(1) Background: Chondrosarcoma (CS) is a malignant primary bone tumor with a cartilaginous origin. Its slow cell division and severely restricted vascularization are responsible for its poor responsiveness to chemotherapy and radiotherapy. The decisive factor for the prognosis of CS patients is the only adequate therapy—surgical resection. Cold atmospheric pressure plasma (CAP) is emerging as a new option in anti-cancer therapy. Its effect on chondrosarcomas has been poorly investigated. (2) Methods: Two CS cell lines—SW 1353 and CAL 78—were used. Various assays, such as cell growth kinetics, glucose uptake, and metabolic activity assay, along with two different apoptosis assays were performed after CAP treatment. A radius cell migration assay was used to examine cell motility. (3) Results: Both cell lines showed different growth behavior, which was taken into account when using the assays. After CAP treatment, a reduction in metabolic activity was observed in both cell lines. The immediate effect of CAP showed a reduction in cell numbers and in influence on this cell line’s growth rate. The measurement of the glucose concentration in the cell culture medium showed an increase after CAP treatment. Live-dead cell imaging shows an increase in the proportion of dead cells over the incubation time for both cell lines. There was a significant increase in apoptotic signals after 48 h and 72 h for both cell lines in both assays. The migration assay showed that CAP treatment inhibited the motility of chondrosarcoma cells. The effects in all experiments were related to the duration of CAP exposure. (4) Conclusions: The CAP treatment of CS cells inhibits their growth, motility, and metabolism by initiating apoptotic processes.
Frakturheilungskomplikationen stellen sowohl für den betroffenen Patienten als auch für seine Behandler und das Gesundheitssystem eine belastende Herausforderung dar. Um diese Belastung zu vermeiden, ist es nötig Risikofaktoren für das Auftreten von Frakturheilungskomplikationen frühzeitig zu identifizieren. Wir setzten uns zum Ziel, das Patientengut der Unfallchirurgie Greifswald retrospektiv im Hinblick auf in der Literatur diskutierte Risikofaktoren und damit in Zusammenhang stehende Komplikationen sowie deren Therapie zu untersuchen. Dabei beschränkten wir uns auf Patienten mit Frakturen an der unteren Extremität und teilten die Studienpopulation mit 206 Patienten in drei Studiengruppen in Abhängigkeit von der Frakturhöhe ein. Bei den Studiengruppen achteten wir auf ein ausgeglichenes Verhältnis von Patienten mit einem diagnostizierten Diabetes mellitus zu Nichtdiabetikern, um einen bereits in der Literatur beschrieben Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein eines Diabetes mellitus und dem Auftreten von Komplikationen genauer zu untersuchen. Hierbei kamen wir zu dem Ergebnis, dass es zwar eine starke Assoziation zwischen dem Diabetes mellitus und dem Auftreten von Infektionen gibt, die jedoch nicht statistisch signifikant gewesen ist. Für das Auftreten von Komplikationen ergab sich bei Diabetikern im Vergleich zu Nichtdiabetikern eine Odds Ratio von 1,61 [0,66; 3,95]. Die Frakturhöhe wiederum stellte sich als signifikanter Risikofaktor für die Entstehung von Frühkomplikationen heraus. Um dem Problem von Frakturheilungskomplikationen in Zukunft besser begegnen zu können, sind neben weiteren Studien mit größeren Fallzahlen zur Identifikation weiterer Risikofaktoren eine breite Berücksichtigung bekannter Risikofaktoren in Handlungsempfehlungen und Leitlinien wünschenswert.