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- kinetic modelling (1)
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- Institut für Physik (36)
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- Institut für Botanik und Landschaftsökologie & Botanischer Garten (27)
- Institut für Geographie und Geologie (25)
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Publisher
- MDPI (172)
- Wiley (82)
- Frontiers Media S.A. (78)
- Springer Nature (74)
- BioMed Central (BMC) (31)
- Nature Publishing Group (19)
- SAGE Publications (13)
- De Gruyter (11)
- IOP Publishing (10)
- BMJ Publishing Group (9)
Jedes Jahr werden alleine in Deutschland circa 2,6 Millionen viszeralchirugische Operationen
durchgeführt, die insgesamt gesehen eine Mortalität von fast 2 % aufweisen. Ein häufiges Problem
bei der Durchführung dieser Eingriffe ist, dass die Patienten eine Dysfunktion des Immunsystems
entwickeln, die die Anfälligkeit gegenüber infektiösen Komplikationen erhöht.
Die Faktoren der Immundysfunktion sind zwar in Teilen bekannt, aber die Pathophysiologie
dahinter bleibt unbekannt. Das Verständnis der Pathophysiologie ist unerlässlich, um gute
therapeutische Optionen zu finden. Überdies werden Tiermodelle benötigt, die die klinische
Situation wiederspiegeln.
Mit dem murinen Modell der surgically-induced immune dysfunction werden die Reaktionen des
humanen Immunsystems in weiten Teilen nachempfunden, wobei ein wesentliches Ziel der Arbeit
war, die Kinetik der Immunveränderungen über einen 72 h-Zeitraum zu untersuchen.
Die Operation löst deutlichen Stress bei den Tieren aus und führt von Beginn an sowohl zu pro –
als auch antiinflammatorischen Prozessen, die vor allem abakteriell ausgelöst werden.
Dennoch überwiegt in der frühen postoperativen Phase die proinflammatorische Reaktion mit
Anstieg der neutrophilen Granulozyten, Anstieg der Zellen des Monozyten-Makrophagen-Systems
und der Ausschüttung proinflammatorischer Zytokine. Zwischen dem 6 h- und 24 h-Zeitpunkt
gewinnt die antiinflammatorische Reaktion die Oberhand. Dieses zeigt sich durch eine
Lymphozytopenie mit Zunahme des Anteils der regulatorischen T-Zellen, durch eine verminderte
MHCII-Expression auf Antigen-präsentierenden Zellen, durch eine Zunahme der Aktivität des
Enzyms Indolamin-2,3-Dioxygenase, durch die Produktion von antiinflammatorischen Zytokinen
und durch eine verminderte Stimulierbarkeit von murinen Splenozyten.
Diese Immunreaktionen werden nicht nur durch die SID sondern auch durch eine einfache
Laparotomie ausgelöst, wobei sie dann weniger deutlich ausgeprägt sind und schneller ablaufen.
Von dieser Kinetik ausgehend, kann an diesem Modell der Nutzen von potentiellen Therapien
geprüft werden, wobei bis zum 6 h-Zeitpunkt antiinflammatorisch wirkende Substanzen vorteilhaft
sein könnten, die im Weiteren von immunstimulierenden Medikamente abgelöst werden.
Insgesamt weist dieses Modell viele Parallelen mit der humanen postoperativen
Immundysfunktion auf, sodass es der Grundlagenforschung viele Möglichkeiten eröffnet.
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.
The layer-by-layer method is a robust way of surface functionalization using a wide range of materials, e.g. synthetic and natural polyelectrolytes (PEs), proteins and nanoparticles. Thus, this method yields films with applications in diverse areas including biology and medicine. Sequential adsorption of different oppositely charged macromolecules can be used to prepare tailored films with controlled molecular organization. In biomedical research, electrically conductive coatings are of interest. In manuscript 1, we investigated films sequentially assembled from the polycation poly (diallyldimethyl-ammonium) (PDADMA) and modified carbon nanotubes (CNTs), with CNTs serving as the electrically conductive material. We assume that charge transport occurs through CNT contacts. We showed that with more than four CNT/PDADMA bilayers, the electrical conductivity is constant and independent of the number of CNT/PDADMA bilayers. A conductivity up to 4∙10^3 S/m was found. It is possible to control the conductivity with the CNT concentration of the CNT deposition suspension. A higher CNT concentration resulted in thicker CNT/PDADMA bilayers, but in a lower conductivity per bilayer. We suspect that an increased CNT concentration leads to a rapid CNT adsorption without the possibility to rearrange themselves. If PDADMA then adsorbs on the disordered CNTs in the next deposition step, the average thickness of the polymer layer is thicker than on the more ordered CNT layer from the dilute solution. This leads to an increased PE monomer/CNT ratio and lower conductivity. More polycations between the CNT layers leads to less CNT contacts. Thus, the controlled composition of films can be used to fulfill specific requirements.
For many applications of polyelectrolyte multilayers (PEMs), cheap PEs with a broad distribution of molecular weights are used. It was unknown whether the distribution of molecular weights of the PE in the adsorption solution is maintained during the adsorption process and hence in the film. To investigate this, the PSS adsorption solution in article 2 consisted of a binary mixture of short and long poly (styrene sulfonate) (PSS). A good model system to study layered films in terms of composition are PDADMA/PSS multilayers. Neutron reflectivity and in-situ ellipsometry measurements were carried out to determine the PSS composition in the film and the growth regimes. At a mole fraction of long PSS of 5 % or more in solution, the exponential growth (which is characteristic of short PSS) is totally suppressed, and only long PSS is deposited in the resulting multilayer. Variation of adsorption time of PSS showed that short PSS first adsorbs to the surface but is displaced by long PSS. Between 0 and 5 % of long PSS in the adsorption solution exponential growth occurs. The fraction of short PSS in the film continuously decreases with the increase of long PSS in the adsorption solution. In the assembly of films prepared from binary PSS mixtures, the short PSS leaves the film through adsorption/desorption steps both during PSS adsorption and during PDADMA adsorption (as PDADMA/PSS complexes). Both techniques show that the composition of the film does not correspond to that of the deposition solution. The composition and thus the properties of the resulting multilayer are influenced by the choice of adsorption time. Moreover, we conclude that a multilayer grown from a polydisperse polyelectrolyte contains fewer mobile low molecular weight polymers than the deposition solution.
In manuscript 1 and article 2, the composition of multilayers was studied. In manuscript 1 adsorption kinetics were important for the arrangement of CNTs on the surface. In article 2, the adsorption kinetics, i.e. the diffusion of the polyelectrolytes to the surface, was also investigated. In article 3, we investigated the influence of the composition of the film as well as the preparation condition on the mobility of PEs in the film. The molecular weight of the polycation PDADMA and the NaCl concentration of the deposition solution were varied. The vertical PSS diffusion constant D_PSS within the PDADMA/PSS multilayers was measured using neutron reflectivity. The salt concentration of the preparation solution defines the polymer conformation during deposition. The molecular weight of the polycation determines the degree of intertwining. Together, both parameters determine the polyanion-polycation coupling and thus the PSS mobility within the network. Log−log display of D_PSS vs the molecular weight of PDADMA and fits to two power laws (D_PSS ∝ X_n(PDADMA)^(-m) ∝ M_w(PDADMA)^(-m)) reveals for films built from 10 or 200 mM NaCl a kink. Below and above the kink, the dependence of D_PSS on M_w(PDADMA) can be described by different power laws. For Χ_n(PDADMA) < X_n,kink(PDADMA) ≈ 288, the exponents are consistent with the predictions of the sticky reptation model. X_n(PDADMA) ≈ 288 is the entanglement limit. For Χ_n(PDADMA) > X_n,kink(PDADMA) ≈ 288, the decrease of D_PSS with M_w(PDADMA) is larger than below the entanglement limit, which is indicative of sticky reptation and entanglement. The PSS diffusion constant of films built from 100 mM NaCl drops three orders of magnitude when increasing the molecular weight of PDADMA from 45 kDa to 72 kDa. To figure out if an immobile PSS fraction exists in the film built from 72 kDa PDADMA (beyond the entanglement limit), the film was annealed at different conditions in article 4: both temperature and salt concentration were varied. For data analysis, the simplest model with two PSS fractions with different diffusion constants was used. These diffusion constants increase as the temperature of the surrounding solution is increased. As assumed in article 3, an immobile PSS fraction exists when annealing at room temperature. At higher annealing temperatures, at least two diffusion processes must be distinguished: the diffusion of the highly mobile PSS fraction through the entire film and a slow PSS fraction, mowing in a limited way. The choice of preparation conditions determines whether a polyelectrolyte multilayer can intermix completely. It is not clear if complete intermixing will ever occur for films built with PDADMA beyond the entanglement limit. It is possible that the diffusion is more complex. Long-term measurements will clarify this question. Calculating scattering length density profiles with subdiffusive behavior would be interesting and is a challenge for the future. Furthermore, immobile fractions are only visible with long annealing times. We hypothesize that an immobile or nearly immobile fraction is present whenever the dependence of D_PSS on the molecular weight of PDADMA cannot be described by the sticky reptation. To verify this hypothesis, further studies are necessary.
All results presented and discussed in the manuscript and articles show that by varying the preparation conditions, tailored films can be built. The composition of the film is also determined by the adsorption kinetics. In addition, the mobility of the PEs within the multilayers can be controlled by varying the conformation, mingling and entanglement of the chains within the film. The influence of the salt concentration in the preparation solution on the growth regimes during film formation is part of our future research. It is planned to investigate films built of different PDADMA molecular weights under varied annealing conditions to better understand the mobile and immobile fractions.
In vitro and in vivo analyses of mono- and mixed-species biofilms formed by microbial pathogens
(2022)
Microbial biofilms can be defined as multicellular clusters of microorganisms embedded in a self-produced extracellular matrix (ECM), which is primarily composed of polymeric biomolecules. Biofilms represent one of the most severe burdens in both industry and healthcare worldwide, causing billions of dollars of treatment costs annually because biofilms are inherently difficult to prevent, treat, and eradicate. In health care settings, patients suffering from cystic fibrosis, or patients with medical implants are highly susceptible to biofilm infections. Once a biofilm is formed, it is almost impossible to quantitatively eradicate it by mechanical, enzymatical, chemical, or antimicrobial treatment. Often the only remaining option to fully eradicate the biofilm is removing of the infected implant or body part. The primary reasons for the inherent resistance of biofilms against all forms of antimicrobial treatment are (I) a reduced metabolic activity of biofilm-embedded cells climaxing in the presence of metabolic inactive persister cells, as well as (II) the protective nature of the biofilm matrix acting as a (diffusion) barrier against antimicrobials and the host immune system. Consequently, there is an urgent need to better understand microbial biofilms from a structural and (patho-) physiological point of view in order to be able to develop new treatment strategies.
Therefore, the aims of this study were to investigate fundamental physiological properties of different clinically relevant single and multi-species biofilms, both in vitro and in vivo. Furthermore, the effectiveness of a novel treatment strategy using cold atmospheric pressure plasma was evaluated in vitro to treat biofilms of the pathogenic fungus C. albicans.
In article I, the intracellular and ECM protein inventory of Staphylococcus aureus during in vitro biofilm growth in a flow reactor was analyzed by liquid-chromatography coupled to tandem mass-spectrometry (LC-MS/MS) analysis combined with metabolic footprint analysis. This analysis showed that anaerobiosis within biofilms releases organic acids lowering the ECM pH. This, in turn, leads to protonation of alkaline proteins – mostly ribosomal proteins originating from cell lysis as well as actively secreted virulence factors – resulting in a positive net charge of these proteins. As a consequence, these proteins accumulate within the ECM and form an electrostatic network with negatively charged cell surfaces, eDNA, and metabolites contributing to the overall biofilm stability.
In article II, the in vivo metaproteome of the multi-species biofilm community in cystic fibrosis sputum was investigated. To this end, an innovative protocol was developed allowing the enrichment of microbial cells, the extraction of proteins from a small amount of cystic fibrosis sputum, and subsequent metaproteome analysis. This protocol also allows 16S sequencing, metabolic footprint analysis, and microscopy of the same sample to complement the metaproteome data. Applying this protocol, we were able to significantly enhance microbial protein coverage providing first insights into important physiological pathways during CF lung infection. A key finding was that the arginine deaminase pathway as well as microbial proteases play a so far underappreciated role in CF pathophysiology.
In articles III and IV, a novel treatment strategy for biofilms formed by the important fungal pathogen Candida albicans was evaluated in vitro. Biofilms were treated with two different sources of nonthermal plasma (with the Nonthermal Plasma Jet “kINPen09” as well as with the Microwave-induced plasma torch “MiniMIP”) and the effect on growth, survival, and viability was assessed by counting colony-forming units (CFU), by cell proliferation assays, as well as by live/dead staining combined with fluorescence microscopy, confocal laser scanning microscopy, (CLSM) and atomic force microscopy (AFM). These tests revealed that biofilms were effectively inactivated mostly on the bottom side of biofilms, indicating a great potential of these two plasma sources to fight biofilms.
Die zerebrale Ischämie zählt weltweit zu den wichtigsten kardiovaskulären
Erkrankungen und bedarf einer kontinuierlichen Optimierung der Prävention und der
Therapie. Das Renin-Angiotensin-System (RAS) ist ein mögliches therapeutisches
Target, da die Angiotensin-vermittelte Initiation fibrotischer und nekrotischer
Prozesse sowie die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) die Genese diverser
kardiovaskulärer und neurologischer Erkrankungen begünstigt. Die kürzlich
entdeckten alternativen Renintranskripte, die ein Bestandteil lokaler RAS z.B. des
zentralen Nervensystems (ZNS), des Herzens und der Lunge sind, könnten von
Bedeutung sein. So werden dem alternativen zytosolischen Renintranskript
(Ren[1a-9]) am Herzen unter ischämierelevanten Bedingungen anti-nekrotische und
zytoprotektive Effekte attestiert. Daher ergab sich die übergeordnete Fragestellung,
wie die Expression der Renintranskripte im ZNS in Abhängigkeit von
ischämierelevanten Bedingungen reguliert wird und welche Bedeutung das lokale
RAAS des Gehirns innehat. Die Grundvoraussetzung der angestrebten
Untersuchungen bildete die Etablierung eines geeigneten neuronalen Zellmodells. Im
Anschluss wurden die basale Reninexpression und deren Abhängigkeit vom
Zellzyklus und dem Differenzierungsgrad der Zellen untersucht. Abschließend
erfolgte die Analyse der Reninexpression und deren Regulation nach Kultivierung der
Zellen unter Glukose- und Sauerstoffdepletion.
Im Rahmen dieser Arbeit konnten die adhärenten PC12 Zellen als zentrales
Zellmodell etabliert werden, um die molekularen Mechanismen und die funktionellen
Zusammenhänge der Reninexpression in neuronalen Zellen zu untersuchen. Die non
adhärenten PC12 Zellen eignen sich für diese Zwecke nicht. Die mHippo18 Zellen
sind für die funktionellen Analysen des sekretorischen Renintranskripts zu
empfehlen. In Abhängigkeit von der Zellzyklusphase war eine Regulation der Renintranskripte
zu beobachten. Der Übergang der stationären und der NGF-stimulierten
Zellen in die G0/G1-Phase korrelierte mit einer Induktion der exprimierten Renintranskripte.
Die zugrunde liegenden Mechanismen bleiben durch weiterführende
funktionelle Analysen zu klären. Abschließend war in den PC12 Zellen eine
Stimulation der zytosolischen Reninexpression unter OGD nachzuweisen. Insgesamt
legen die Ergebnisse dieser Arbeit eine mögliche Relevanz des intrazellulären RAS
für das Verständnis und die Therapie der zerebralen Ischämie nahe.
Kaltes Atmosphärendruckplasma (CAP) hat in der Therapie an Bedeutung gewonnen und wird zurzeit in verschiedenen Bereichen der Medizin eingesetzt. CAP hat antiproliferative, antimikrobielle und zellstimulierende Wirkungen. Eine therapeutisch vielversprechende Einsatzmöglichkeit vom CAP ist die Behandlung maligner Tumoren. Weiterhin wird CAP klinisch in der Behandlung chronischer Wundheilungsstörungen der Haut eingesetzt.
In dieser Arbeit wurde die antiproliferative Wirkung von CAP auf zwei Haut-assoziierte Zelllinien (HaCaT und B16) untersucht. Anhand der CAP-Exposition und der Analyse der Wachstumskinetiken konnten wir bestätigen, dass die antiproliferative Wirkung von CAP von der Behandlungszeit abhängt. Ferner bestätigten die Ergebnisse, dass die antiproliferative Wirkung in der malignen Zelllinie B16 stärker ausgeprägt ist.
Weiterhin wurde die genotoxische Wirkung von CAP in einem 3D-Epidermismodell, dem epiCS® untersucht. Das Epidermismodell wurde 30s, 60s und 120s mit CAP behandelt (Plasmagerät kINPen MED). Zum Nachweis von DNA- Doppelstrangbrüchen und Apoptose wurden γ-H2AX und Caspase-3 herangezogen. Die fluoreszenzmikroskopische Analyse der Epidermis zeigte keinen höheren Anteil an γ-H2AX oder Capspase-3 positiven Zellen durch die CAP-Exposition. Lediglich waren γ-H2AX und Caspase-3 in beiden Behandlungsgruppen (Argon/CAP) nachweisbar. Ein direkter Zusammenhang zur CAP-Behandlung bzw. zur Behandlungszeit wurde jedoch nicht nachgewiesen.
Insgesamt kann man feststellen, dass die CAP-Exposition nicht zur vermehrten Apoptose in gesunden Epidermiszellen führt. Außerdem kann die CAP-Exposition gesunder Epidermis Zellen bis 120s ohne genotoxische oder zellschädigende Wirkung erfolgen.
Under the influence of human activities, increased climate variability induces changes in
multiple marine environments. Especially vulnerable are the coastal ecosystems where organisms
must cope with constant extreme changes of environmental drivers, such as temperature, salinity, pH,
and oxygen content. In coastal areas, brachyuran crabs are important animals that have a high impact
on ecosystem functioning and serve as a link in food webs and pelagic-benthic coupling. Larval stages
of crabs are crucial for population persistence and dispersal. They are generally more vulnerable to
changes of environmental drivers and failure to adapt to new conditions may result in population
collapse. To analyse the effects of multiple environmental drivers on larval performance and to
elucidate interspecific and intraspecific difference, this project examined larval performance in the
European shore crab Carcinus maenas. In this study, larvae of C. maenas from three native
populations (Cádiz: Cádiz Bay, Helgoland: North Sea, Kerteminde: Baltic Sea) were reared in a
factorial design consisting of different temperature (15-24 °C) and salinity treatments (20, 25, 32.5
PSU). Results demonstrated how descriptors of larval performance (growth, physiological, and
developmental rates, and survival) were affected by combined environmental drivers. Larval
responses to temperature and salinity showed contrasting patterns and differed among native
populations originating from distant or contrasting habitats, as well as within the populations. The
highest overall performance was recorded in the Cádiz population, while the Kerteminde population
had the lowest performance in most of tested traits. The interactive effects of multiple drivers differed
among the populations. In the Cádiz and Helgoland populations, higher temperatures mitigated the
effect of lower salinity while the Kerteminde population showed a maladaptive response when
exposed to lower salinity. Differences in performance showed better locally adapted populations (e.g.
Cádiz) that could acclimate faster, have better adaptive mechanisms or stronger dispersive abilities.
Because of their wider tolerance to increased temperature and decreased salinity, interactive effects
in particular populations may favour some populations in a changing climate, especially in coastal
habitats. Variation in larval performance showed complex interactions in larval performance and
highlighted the necessity to quantify inter-population responses to climate-driven environmental
change where responses of species should not be generalised. This study emphasizes the need for
inclusion of multiple traits, drivers, and populations in experimental studies to properly characterize
performance of marine coastal animals.
Einfluss von Slicing Software und Konstruktionsprinzip auf die Druckqualität beim FFF-3D-Druck
(2022)
Mit der vorgelegten Arbeit galt es zu klären, inwiefern sich die Konstruktionsart des FFF-3D-Druckers (Fused Filament Fabrication) auf die Exaktheit und Oberflächenbeschaffenheit 3D-gedruckter Zahnbögen auswirkt und ob sich sowohl der kartesische-FFF-3D-Drucker als auch der Delta-FFF-3D-Drucker hinsichtlich der Präzision zur Herstellung von Zahnbögen im Rahmen einer Aligner-Therapie einsetzen lässt. Darüber hinaus war der Einfluss der Slicing-Software auf die Präzision und Oberflächenbeschaffenheit der gedruckten Zahnbögen Schwerpunkt der Untersuchungen. Als Nebenaspekt wurden die Herstellungszeiten der Druckverfahren verglichen sowie die Auswirkungen steigender Druckgeschwindigkeiten auf die Zahnbögen analysiert.
Zur Ermittlung des präzisesten Druckverfahrens wurden die Intraoralscans von zehn zufällig ausgewählten Patienten der Universität Greifswald mit beschriebenem kartesischen-FFF-3D-Drucker und Delta-FFF-3D-Drucker der Firma Tevo 3D Electronic Technology Company Ltd., Zhanjiang China hergestellt. Zum Vergleich der verschiedenen Slicing-Software erfolgte die Vorbereitung dieser Dateien auf den 3D-Druck mit drei der bekanntesten Slicing-Software. Neben der kostenpflichtigen Software Simplify3D (Simplify3D, LLC. Cincinnati, USA) wurden die Open Source Slicing-Software Cura (Ultimaker B.V. Udrecht, Niederlande) und Slic3r (entwickelt von Alessandro Ranellucci) genutzt. 132 gedruckte Zahnbögen wurden im Verlauf der Analyse zum einen nach kieferorthopädischen Gesichtspunkten manuell mittels digitaler Schieblehre (SKANTEK GmbH, Erlangen) vermessen. Zum anderen erfolgte zur Ermittlung der mikroskopischen Präzision der 3D-Druckverfahren die Messung von Höckerspitzenabständen ausgewählter Zähne mithilfe des Digitalmikroskops VHX 6000 von Keyence (Keyence Deutschland GmbH, Neu-Isenburg). Nach erneuter Digitalisierung der gedruckten Zahnbögen durch den optischen Oberflächenscanner Zirkonzahn AR600 ARTI (Zirkonzahn, Püstertal, Tirol, It) fand zusätzlich eine digitale Überlagerung von Intraoralscan und gedrucktem Zahnbogen mittels der Software CloudCompare (v. 2.10.2) statt. Hierdurch sollten Abweichungen der Druckverfahren ermittelt werden, welche sich ggf. durch die beschriebenen Messverfahren nicht ermitteln ließen. Zur Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit wurden die Zahnbögen zusätzlich mit dem oben genannten Digitalmikroskop unter 30-facher Vergrößerung untersucht. Nach Durchführung der Untersuchungen lässt sich festhalten, dass sich sowohl der kartesische-FFF- und der Delta-FFF-3D-Drucker als auch die Slicing-Software hinsichtlich ihrer Präzision 3D-gedruckter Zahnbögen unterscheiden.
Zudem besteht sowohl ein signifikanter Zusammenhang zwischen der 3D-Drucker Konstruktionsart als auch der Slicing-Software und der Herstellungszeit pro Zahnbogen. Der Delta-FFF-3D-Drucker wies in Bezug auf die Zahnbogenvermessung entlang der Z-Achse die signifikant größten Abweichungen auf. Ebenso wichen die Höckerspitzenabstände der Delta-Zahnbögen am deutlichsten von den CAD-Dateien der Intraoralscans ab. Das insgesamt beste Ergebnis erzielten insbesondere aufgrund der im Vergleich signifikant geringer ausfallenden Abweichungen der Höckerspitzenabstände die mit kartesischem-FFF-3D-Drucker und der Slicing-Software Slic3r gedruckten Zahnbögen. Hinsichtlich der digitalen Überlagerung von Intraoralscan und erneut digitalisierten Zahnbögen ließen sich für die Cura- und Slic3r-Zahnbögen die höchste Übereinstimmung feststellen. Die visuelle Inspektion der Zahnbogenoberfläche bei 30-facher Vergrößerung bekräftigte dieses Ergebnis. Die Oberfläche zeigte sowohl bei den Slic3r-Zahnbögen als auch bei den Cura-Zahnbögen das optisch sauberste Ergebnis. Obgleich der Tatsache, dass der Delta-FFF-3D-Drucker die Zahnbögen in signifikant kürzerer Zeit herstellt, ist aufgrund der größer ausfallenden Abweichungen der Einsatz für die Zahnbogenherstellung im Rahmen einer Aligner-Therapie nach dieser Studie nicht empfehlenswert. Hinsichtlich der Slicing-Software konnten keine signifikanten Unterschiede in Bezug auf die Präzision der Zahnbögen ermittelt werden. Zu erwähnen ist jedoch, dass die mit der Slicing-Software Slic3r auf den 3D-Druck vorbereiteten Zahnbögen die geringsten Abweichungen aufwiesen. Die Verwendung von kostenloser Open-Source Slicing-Software scheint für den klinischen Gebrauch durchaus angemessen.
Bezogen auf die Druckzeiten konnte der Delta-FFF-3D-Drucker im Vergleich zu allen Vergleichspartnern die Zahnbögen in kürzester Zeit herstellen. Ebenso wurden die mit der Slicing-Software Simplify3D gedruckten Zahnbögen im Vergleich zu den mit Cura- und Slic3r gedruckten Zahnbögen in signifikant kürzerer Zeit hergestellt. Ein signifikanter Einfluss sowohl der 3D-Drucker Hardware als auch Software auf die Herstellungszeit konnte somit bestätigt werden.
Eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit bis 6000mm/min erscheint nach dieser Studie als zumutbar. Aufgrund der Tatsache, dass die Zahnbögen in ihrer Präzision und Oberflächenbeschaffenheit mit steigender Druckgeschwindigkeit an Qualität verlieren, ist von einer weiteren Geschwindigkeitserhöhung abzuraten.
Die Therapie des Melanoms sowie die Erforschung neuer Behandlungsmöglichkeiten stehen im Fokus zahlreicher Forschungsgruppen. Um der Komplexität dieser Erkrankung gerecht zu werden, müssen möglichst genaue Modelle gefunden werden. Tumor-Sphäroide als dreidimensionale Tumorzellkulturen schließen dabei teilweise die Lücke zwischen den herkömmlichen zweidimensionalen Zellmonolayern und den Tiermodellen. Hierdurch lassen sich die zelluläre Heterogenität, die Nährstoffverteilung, der Sauerstoffgradient, die Zell-Zell-Interaktionen sowie die Genexpression genauer abbilden und dadurch untersuchen. Arbeiten von Vinci sowie Howes et al. haben gezeigt, dass adäquate In-vitro-Bedingungen notwendig sind, um die Wirkungen von Medikamenten nicht zu über- beziehungsweise unterschätzen (Vinci et al. 2012, Howes et al. 2007). Ziel dieser Arbeit war, ein Verfahren zu etablieren, welches Sphäroide in einen tissue microarray zur Testung von potenziellen neuen Therapeutika zur Verfügung stellt, wobei in dieser Arbeit die Anwendung von kaltem Atmosphärendruckplasma und gepulsten elektrischen Feldern im Mittelpunkt des Interesses stand. Diese Methode von Ivanov und Grabowska (Ivanov & Grabowska 2017) wurde dazu in leicht modifizierter Form angewandt. Verwendet wurden zwei Melanomzelllinien (SK-Mel-28 MNT-1), für die zunächst optimale Wachstumsparameter festgelegt werden mussten, um stets vergleichbare und reproduzierbare Sphäroide mit einer Größe von 300-500 µm zu erhalten. Das etablierte Verfahren ist zeitsparender und ermöglicht eine automatische Bildaufnahme im Hochdurchsatz (high throughput screening) von bis zu 60 Sphäroiden pro Präparat. Die Immunfluoreszenzfärbung stellt aufgrund ihrer hohen Sensitivität und der dadurch möglichen Verkleinerung der Proben eine der wichtigsten Detektionsmethoden der Zukunft dar (Hertzberg et al. 2000). Es wurden parallel vier verschiedene Farbstoffe (DAPI, AlexaFluor 488, Alexafluor 594, AlexaFluor 647) mit zu testenden Targets markiert und mittels des CLS-Gerätes aufgenommen sowie quantitativ ausgewertet. Exemplarisch wurden 21 Fluorophore, innerhalb von sieben thematischen Sets und vier verschiedenen Behandlungsformen (direkte, indirekte Plasmabehandlung, H2O2-Behandlung, µsPEF-Behandlung) betrachtet. Hierdurch wurden unterschiedliche Plasma-induzierende Effekte auf die Zellmorphologie sowie ansatzweise auf die Verteilung innerhalb der Sphäroide untersucht. Bereits lichtmikroskopisch ließen sich eine Auflockerung der Peripherie sowie eine Verdichtung der zentralen Regionen der Sphäroide nach einer direkten Plasmabehandlung beobachten. Mittels der Immunfluoreszenz wurden sowohl bekannte Plasmaeffekte, wie die Apoptoseinduktion plasmabehandelter SK-Mel-28-Sphäroide mit hohen Plasmabehandlungsintensitäten, als auch verschiedene Signalwege, wie die antioxidative Zellantwort, beobachtet. Teilweise wurden kontroverse Ergebnisse gemessen, die die Notwendigkeit der Heterogenitätsanalyse innerhalb der Sphäroidschnitte aufzeigen. Beispielsweise weist die aufgelockerte Peripherie eine besonders hohe Apoptoserate auf, die mittels der TUNEL-IF-Färbung detektiert wurde (Abb. 38; Abb. 39). Zu der gesteigerten Apoptoserate lässt sich eine verstärkte Expression von HMOX1 bei den SK-Mel-28-Sphäroiden nach einer direkten sowie indirekten Plasmabehandlung nachweisen (Abb. 44). Hierraus lassen sich grundsätzliche Plasmaeffekte ableiten, wie die Einbringung von ROS und RNS. Zudem konnte die Größenreduktion der Sphäroiddurchmesser mittels µsPEF-Behandlung sowohl lichtmikroskopisch (Abb. 33) als auch am CLS-Gerät über die Gesamtfläche (Abb. 37) gezeigt werden. Diese Ergebnisse entsprechen denen von Nuccitelli et al. am Mausmodell (Nuccitelli et al. 2006, Nuccitelli et al. 2009). Des Weiteren wurden alternative Methoden angewandt, durch die die Antikörperverteilungen in ganzen Sphäroiden untersucht werden könnte (vgl. Kapitel 3.4.4).
Insgesamt liefert diese Methode, aufgrund der schnelleren sowie kostengünstigeren Durchführbarkeit und der potenziellen Automatisierung am CLS-Gerät, ein ausgesprochen mächtiges Verfahren zur Erforschung neuer Krebstherapien im Labor.
As the effects of anthropogenic climate change become more pronounced, it is critical to understand if and how species can persist in novel environments. Range-expanding species provide a natural experiment to study this topic: by studying the factors contributing to successful colonization of new habitats, we can gain insight into what influences organisms’ adaptive potential. The wasp spider, Argiope bruennichi, has expanded its range from warm, oceanic and Mediterranean climate zones (populations in this region are referred to as “ancestral” or “core”) into a new thermal niche, the continental climate of the Baltic States and Scandinavia (referred to as “expanding” or “edge”) within the last century. Past work demonstrated that the expanding populations are European in origin, but are more diverse than the ancestral populations, due to genetic admixture. This discovery led to the following questions, which are investigated in this dissertation: (i) Was the successful colonization of colder, more continental northern climates due to phenotypic plasticity or genetic adaptation? (ii) If A. bruennichi’s establishment of northern latitudes can be attributed to genetic adaptation, did selection act on standing genetic variation, on genetic variation introduced via admixture/introgression, on specific genomic regions, or on novel mutations? (iii) Is there a role of the microbiome in the A. bruennichi range expansion?
In Chapter 1, we assembled a chromosome-level genome for the species: the first such high-quality genome for a spider, which we made use of as a resource to provide the genomic context of single nucleotide polymorphisms in our primary study on genetic adaptation and phenotypic plasticity (Chapter 3). The genome assembly also opened the door to many new projects, such as the study presented in Chapter 2. In Chapter 2, the chromosome-level resolution of our assembly allowed us to identify the sex chromosomes in A. bruennichi. Due to the X1X20 sex chromosome system, where males have one copy of two X chromosomes, and females have two copies, the X chromosomes have a lower effective population size, and lower recombination rate, than autosomes. These characteristics give rise to the theoretical prediction of increased evolutionary rates in sex chromosomes. Knowing the identity of the sex chromosomes in our A. bruennichi genome assembly will allow us to test if there is stronger differentiation between populations on the X chromosomes.
Chapter 3 represents the central study of this dissertation. We performed a reciprocal transplant common garden experiment to assess plasticity and adaptation in cold tolerance traits, using spiderlings from the core of the range in France, and the edge of the range in Estonia. We combined this with data on clinal variation in adult phenotypes (body size, pigmentation, and fecundity) and genotypes in a transect across the European range. This study revealed a strong signature of genetic adaptation for increased cold tolerance in edge populations, and clear genetic differentiation of ancestral and expanding populations over a very short geographic distance, despite gene flow. We provide genome-wide evidence for adaptive introgression, and conclude that the A. bruennichi range
expansion was enabled by adaptive introgression, but has reached a poleward range limit.
Interactions with microbes shape all aspects of eukaryotic life. Endosymbiotic bacteria have been shown to alter the thermal tolerance of arthropod hosts, and influence dispersal behavior in spiders. With this background, in Chapter 4, we asked whether the microbiome might play a role in the rapid range expansion of A. bruennichi. We characterized the microbiome in various dissected tissues of spiders from two populations. Although we found no obvious differences between populations or tissues, this study yielded the discovery of a novel, dominant, vertically transmitted symbiont with astoundingly low similarity to all other sequenced bacteria. Since that discovery, we have found evidence of the unknown symbiont in A. bruennichi populations across the Palearctic (unpublished data), making it relatively unlikely to play a role in the range expansion.
By studying the establishment and subsequent differentiation of core versus edge populations of A. bruennichi following range expansion, we were able to gain insight into the evolutionary and ecological processes that allowed this species to successfully cope with novel environments. The rapidity with which local adaptation arose in A. bruennichi suggests that evolutionary adaptation to novel environments is possible over short time periods. However, this may only be possible in species with sufficient standing genetic variation, or with genetic variation introduced via admixture, as in A. bruennichi, which has important implications for our understanding of species responses in the face of ongoing global climate change.
Kinetic modeling and infrared spectroscopy of charge carriers across the plasma-wall interface
(2022)
In this thesis, charge transport at the plasma-wall interface is investigated theoretically, on a semiclassical, microscopic level. Based on the Boltzmann and Poisson equations a set of equations is derived and numerically solved to model charge carriers both within a semiconducting wall and a gaseous plasma in front of it. While the plasma is considered collision-free, within the solid, phonon collisions, as well as recombination processes between conduction band electrons and valence band holes are considered. This results, for the first time, in a self-consistent modeling of both the gaseous electron-ion plasma and the electron-hole plasma in the solid on the same footing. Utilizing specific approximations for different physical scenarios, numerical solutions are presented both for the floating and the electronically contacted (biased) interface. In the latter case, the current voltage characteristic is calculated and shown to heavily depend on the charge kinetics within the wall.
Furthermore, we present optical methods to measure the wall charge noninvasively. These utilize the influence of the deposited surplus charges on the optical reflection coefficient of the surface. By calculating the optical response of these charges, we show that the magnitude of the surface charge can be inferred from the change in the reflectivity of the surface caused by the presence of the plasma. While nonlocal effects are considered, it is shown analytically and numerically that these can be neglected at the scales of the considered physical systems.
Untersuchung zur Wirkung von kaltem Atmosphärendruckplasma über die Oxidation von Thiolgruppen
(2022)
Redox signaling-Prozesse innerhalb und zwischen Zellen spielen eine Rolle in
verschiedenen physiologischen und pathologischen Prozessen, wobei zelluläre
Thiolgruppen als wichtige Signalübermittler identifiziert wurden. Durch Behandlung der
Aminosäure Cystein mit kaltem Atmosphärendruckplasma werden solche
Thiolgruppen oxidiert und verschiedene Verbindungen erzeugt. Diese Arbeit sollte
klären, ob so die Erzeugung von stabilen reaktiven Spezies möglich ist, die einen
biologischen Effekt haben. Dazu wurden Pufferlösungen, die Cystein enthielten, mit
einem Argon-Plasmajet (kINPen 09) mit Sauerstoffzumischung behandelt und auf
kultivierte menschliche Keratinozyten der HaCaT-Zellinie übertragen. Zellproliferation,
Migrationsaktivität, Metabolismus, Viabilität und intrazellulärer Redoxzustand wurden
untersucht.
Plasmabehandelte Flüssigkeiten mit Cysteinkonzentrationen von 2 mmol/l zeigten
keinen Einfluss auf das Zellverhalten im Vergleich zu behandeltem Puffer ohne
Cystein. Erhöhte Cysteinkonzentrationen von 100 mmol/l verringerten bei langen
Plasmabehandlungszeiten von 5 min beziehungsweise 10 min die Proliferation,
Migration, Laktatsekretion und Viabilität. Für kürzere Behandlungszeiten von 1 min und
2,5 min wurden Hinweise auf eine erhöhte metabolische Aktivität gefunden. GSSGSpiegel
in den Zellen wurden stabilisiert und intrazelluläre ROS reduziert. Diese
Effekte könnten auf generierte bioaktive Substanzen wie oxidierte Disulfide
zurückzuführen sein, die längerfristig zu Energiemangel führen. Ein möglicher
Vermittler ist Cystein-S-sulfonat, welches als NMDA-Rezeptoragonist bekannt ist.
Zudem könnte auch die Aktivierung des XC-Antiporters mit Folgen für den
intrazellulären Redoxzustand zu den kurzfristigen Effekten beigetragen haben.
Durch plasmabehandelte Cysteinlösung konnten biologische Effekte, teilweise im
Sinne einer Hormesis, nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigten eine
zytotoxische Wirkung nach langer Plasmabehandlung der Cysteinlösung, während für
kürzere Zeiten auch aktivierende Effekte deutlich wurden. Somit scheint die gezielte
Erzeugung stabiler reaktiver Spezies als neuer Ansatzpunkt der Plasmaanwendung
möglich.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den morphologischen Besonderheiten des knöchernen Tränennasenkanals nicht-menschlicher Primaten anhand von 99 computertomographischen Datensätzen und 5 DVT Datensätzen verschiedener Primatenspezies. Für diese Studie wurden adulte Schädel von 25 Feuchtnasenprimaten (Strepsirrhini), 6 Brüllaffen (Alouatta), 15 Mantelaffen (Colobus guereza), 5 Kapuzineraffen (Cebidae) und 36 Schimpansen (Pan troglodytes) verwendet. Letztere lagen in drei postnatalen Altersstufen vor. Zudem wurden Daten von Macaca fuscata aus einer Studie von Drygala (2018) einbezogen. Da für die meisten Schädel das Geschlecht nicht bekannt war, wurde das Geschlecht im weiteren Verlauf der Studie vernachlässigt.
Um die dreidimensionale Morphologie des Canalis nasolacrimalis zu beschreiben, wurden mit dem Programm RadiAnt DICOM Viewer Vers. 4.6.9 mittels dreidimensionaler multiplanarer Rekonstruktion 3D-Rekonstruktionen erstellt und Längen- und Breitenmaße erhoben. Die Vermessung des Volumens des Tränennasenkanals erfolgte mit dem Programm WinSurf Vers. 4.0. Die Winkelmessung wurde mit dem Programm ImageJ Vers 1.52i durchgeführt.
Im ersten Teil dieser Arbeit bestimmten wir Lageparameter, Längenmaße, Winkel und Volumen des Tränennasenkanals adulter Primaten. Im zweiten Teil verglichen wir das Wachstum des Tränennasenkanals von Schimpansen (Pan troglodytes) und Makaken (Macaca fuscata). Im dritten Teil der Arbeit erstellten wir eine Korrelationsanalyse der Messwerte des Tränennasenkanals adulter Primaten. Anschließend führten wir eine lineare Regressionsanalyse von Volumen und Länge des Tränennasenkanals in Bezug zu Gesichtsschädelvolumen und Schädelbasislänge durch.
Der Tränennasenkanal erstreckte sich bei den untersuchten Primaten von seinem orbitalen Eingang an der Fossa sacci lacrimalis nach kaudal bis zu seiner Mündung in den unteren Nasengang. Dabei lag seine Mündung in die Nasenhöhle, mit unterschiedlich starker Ausprägung, bei allen untersuchten Spezies weiter anterior als sein orbitaler Eingang. Insbesondere die Strepsirrhini wiesen einen flachen Verlauf nach anterior auf. In den horizontalen Schnittbildern lag die nasale Mündung des Tränennasenkanals bei allen Spezies, außer den Strepsirrhini, weiter lateral als der orbitale Eingang.
Das Volumen des Tränennasenkanals steigt mit zunehmender Schädelbasislänge und Gesichtsschädelvolumen bei allen untersuchten Primaten. Bei den Platyrrhini ist das Volumen des Tränennasenkanals im Verhältnis zu ihrem Gesichtsschädelvolumen jedoch deutlich kleiner, verglichen mit den Strepsirrhini und Catarrhini. Der Winkel zwischen der Achse des Tränennasenkanals und der Nasenbodenebene ist bei den Platyrrhini und Catarrhini eher steil, wohingegen der Tränennasenkanal der Strepsirrhini deutlich flacher verläuft.
Eine Wachstumsanalyse wurde für Makaken (Macaca fuscata) und Schimpansen (Pan troglodytes) durchgeführt. Das Volumen und die Länge des Tränennasenkanals nehmen für beide Spezies mit zunehmendem Alter zu. Hierbei sind für das Volumen des Tränennasenkanals keine signifikanten Unterschiede zwischen den Spezies nachweisbar. Für die Länge des Tränennasenkanals zeigt sich bei den Makaken eine signifikant größere Zunahme der Länge. Der Winkel des Tränennasenkanals verläuft bei jüngeren Tieren steil und flacht mit zunehmendem Alter bei Schimpansen und Makaken ab. Hierbei zeigen sich keine signifikanten Unterschiede zwischen Makaken und Schimpansen.
Beim Vergleich aller untersuchten Spezies zeigte die Regressionsanalyse für das Volumen und die Länge des Tränennasenkanals eine Zunahme für das Volumen des Tränennasenkanals mit steigender Schädelbasislänge und steigendem Gesichtsschädelvolumen. Hierbei zeigte sich, dass die Platyrrhini ein geringeres Volumen des Tränennasenkanals im Verhältnis zu ihrer Schädelbasislänge und dem Gesichtsschädelvolumen aufweisen, verglichen mit den Strepsirrhini und Catarrhini. Bei der Regressionsanalyse der Länge des Tränennasenkanals mit der Schädelbasislänge und dem Gesichtsschädelvolumen zeigte sich ein gegensätzliches Ergebnis. Die Platyrrhini weisen im Vergleich zu den Strepsirrhini und Catarrhini einen längeren Tränennasenkanal im Verhältnis zu ihrer Schädelbasislänge und dem Gesichtsschädelvolumen auf.
Um weitere denkbare Einflussfaktoren wie das Klima oder den Geschlechtsdimorphismus auf die Morphologie des Tränennasenkanals beurteilen zu können, sind weitere Untersuchungen notwendig. Die vorliegende Studie kann dabei als Grundlage dienen.
Potential of nitrous oxide sedation in pedodontics to reduce the need of dental general anesthesia
(2022)
Aim: To investigate the possible reduction of the need for dental general anesthesia (DGA) through nitrous oxide sedation (NOS), when is used in combination with behavior management techniques among patients younger than 12 years of age referred to a specialized pedodontics practice due to the high dental treatment need and poor cooperation level.
Materials and methods: Retrospective analysis was performed of the digital medical records of all children treated under NOS in a specialized pedodontics clinic between 2012 and 2017. The potential reduction of the need for dental general anesthesia was assessed depending on the success rate of NOS on patient-level with relations to multiple related factors such as age, reason of referral and treatment need.
Results: out of 510 patients, 228 meet the inclusion criteria. Nitrous oxide was used in 406 dental treatment sessions on 228 pre-cooperative and/or anxious patients aged 3-12 years (mean 6.4±1.7; 43.4% female). 91.9% of the NOS sessions were successful in achieving the intended dental treatment. Complete oral rehabilitation was possible for 84% of the patients using NOS without the need of DGA. Regarding the age, DGA reduction among pre-school children was lower than in schoolchildren (77.8% and 87.9%, respectively).
Conclusion: A high fraction of anxious or semi-cooperative children with high dental treatment needs can be treated without the use of DGA when a comprehensive concept of caries management is combined with the use of NOS and behavior management techniques. NOS should, therefore, always be considered as an option for dental treatment of semi-cooperative children with high dental treatment needs before making a decision towards DGA.
Despite the extensive ongoing research, there still exist plenty of diseases whose mechanisms have not yet been fully understood, one such example being proteasome-related disorders. Over the last few years, an increasing number of studies have been initiated
to elucidate their driving pathophysiological mechanisms. Determining the systematic effects of genomic alterations occurring in genes encoding 19S proteasome subunits is a key to comprehend the molecular basis of syndromic intellectual disability (ID) pathogenesis and
the subsequent design of new targeted therapies. Therefore, the main objective of my research was to contribute to the identification of potential drivers of syndromic ID, and thereby pave the way for the development of new targeted therapy approaches. In this regard, my aim was to characterize tissue, proteomic and metabolomic changes in cells from patients with PSMC5 mutations and uncover a potential dysregulation of various biochemical and/or inflammatory pathways.
To this end, I undertook a comparative examination of control and patient T cells expanded from peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). First, I assessed the proteasome composition in these samples (both in its denaturized and native form), by means of
SDS-PAGE, native PAGE and western-blotting. Moreover, I determined proteasome chymotrypsin-like activity by measure of Suc-LLVY-AMC peptidase activity assay. In addition, I analysed the activation status of the ER stress and mTOR pathway by RT-PCR and SDS-PAGE /western-blotting prior to a subsequent analysis of T-cell markers.
The data show that the investigated p.(Pro320Arg) and p.(Arg201Trp) de novo heterozygous missense mutations in the PSMC5 gene do not cause haploinsufficiency as the steady-state expression level of the PSMC5/Rpt6 full-length protein does not vary between control and patient cells. Further analysis of control and patient T cells under non-reducing conditions revealed that PSMC5/Rpt6 mutants were less efficiently incorporated into 26S proteasome complexes than their wild-type counterparts. The failure to assemble PSMC5/Rpt6 into fully mature proteasomes was associated with a reduced proteasome chymotrypsin-like activity in patient T cells, as determined by in-plate assays. These data unambiguously demonstrate that both of the p.(Pro320Arg) and p.(Arg201Trp) PSMC5 mutations identified in patients suffering from syndromic ID are loss-of-function mutations. Interestingly, my data further show that proteasome dysfunction in these patients was accompanied by abnormalities in mTOR signalling and T-cell differentiation, as determined by western-blotting and flow cytometry, respectively.
Altogether, our data identified for the first time PSMC5 as a disease-causing gene for
a syndromic form of ID. How proteasome dysfunction caused by PSMC5 variants contributes to disease pathogenesis, remains to be fully determined.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Morphologie des knöchernen Gaumens
verschiedener Feuchtnasenprimaten, Neuweltaffen und Altweltaffen untersucht und miteinander verglichen. Zudem wurde ein möglicher Zusammenhang zwischen der Morphologie des knöchernen Gaumens und dem Sinus maxillaris überprüft. Die Untersuchung erfolgte anhand von CT- und DVT-Datensätzen an insgesamt 138 verschiedenen Primatenschädeln. Das genaue Alter sowie das Geschlecht einiger Tiere waren nicht bekannt. Mit Hilfe der Software OsiriX Lite Version 10.0.2 (Osman Ratib, Antoine Rosset) wurde die Vermessung der verwendeten Datensätze anhand definierter Gaumenmaße
durchgeführt. Zusätzlich ermöglichte die Software die Bestimmung des
Gaumenvolumens sowie die Erstellung eines Gaumenmodells mittels 3-D Rekonstruktion. Zudem wurden verschiedene Schädelmaße sowie das Volumen des Sinus maxillaris bestimmt.
Die biostatistische Auswertung der Ergebnisse umfasste neben der Untersuchung signifikanter Unterschiede der Gaumenmaße mittels U-Test und H-Test eine Korrelationsanalyse sowie eine einfache lineare Regressionsanalyse. Um den Einfluss möglicher Störvariablen zu eliminieren, wurden die Schädelbasislänge und die Obergesichtshöhe im Rahmen einer partiellen Korrelationsanalyse herausgerechnet. Insgesamt erfolgte die Auswertung sowohl innerhalb einer Primatengruppe als auch
zwischen den jeweiligen Gruppen. Um die Gaumenmorphologie der Primatengruppen
besser vergleichen zu können, wurden Gaumenindizes gebildet.
Bei allen untersuchten Primatengruppen konnte eine Gaumenwölbung nachgewiesen
werden. Dabei unterscheiden sich im koronaren Schnittbild vor allem das Ausmaß und
die Form dieser Wölbung. Grundsätzlich liegt bei allen untersuchten Primaten im
vorderen Abschnitt des Gaumens eine flache Wölbung vor. Diese nimmt im Bereich der
Prämolaren und Molaren zu und flacht im dorsalen Abschnitt des Gaumens wieder ab.
Während bei den Strepsirrhini eine geringe Wölbung des Gaumens vorliegt, ist diese bei den Catarrhini am stärksten ausgeprägt. Bezüglich der Grundform der Gaumenwölbung
weist der Gaumen der Strepsirrhini im Bereich der Molaren eine trianguläre Form auf. Diese ist bei den Platyrrhini elliptisch bis halbkreisförmig. Die Grundform der
Gaumenwölbung der Catarrhini variiert zwischen trapezoid bis rechteckig und einer hohen Bogenform.
Die erhobenen Gaumenindizes ergaben für alle untersuchten Primatengruppen einen
Gaumen, der als leptostaphylin (schmalgaumig) klassifiziert werden kann. Dabei weisen
die Platyrrhini den verhältnismäßig breitesten Gaumen aller untersuchten
Primatenspezies auf. Bezüglich der Gaumenhöhe ist der Gaumen der Strepsirrhini und
Platyrrhini als chamaestaphylin (niedergaumig) zu bezeichnen. Der Gaumen der
Catarrhini ist dagegen als orthostaphylin (mittelhochgaumig) einzustufen.
Bei einigen Präparaten konnte ein Torus palatinus beobachtet werden, wobei die
Ausprägung und Häufigkeit dieser Exostose zwischen den Primatengruppen variierte. Während ein Torus palatinus bei den Catarrhini in 49,4 % der Fälle gefunden wurde,
konnte dieser bei den Strepsirrhini bei 28 % der Präparate festgestellt werden.
Hervorzuheben ist, dass bei keinem der untersuchten Neuweltaffen ein Torus palatinus
gefunden wurde.
Die Korrelationsanalyse ergab für alle untersuchten Primatengruppen eine insgesamt
hohe signifikante Korrelation zwischen den erhobenen Gaumenmaßen und verschiedenen
Längen-, Breiten- und Höhenmaßen des Gesichtsschädels. Bei allen Primatenspezies, die
einen Sinus maxillaris ausgebildet haben, konnten wir einen signifikanten
Zusammenhang zwischen dem Gaumenvolumen und dem Volumen des Sinus maxillaris
feststellen. Im Rahmen einer partiellen Korrelationsanalyse konnte jedoch gezeigt
werden, dass diese Korrelation maßgeblich durch die Schädelgröße determiniert wird.
Lediglich bei den Catarrhini konnten wir nach partieller Korrelationsanalyse eine
signifikante Korrelation zwischen der Gaumenhöhe und dem Sinus maxillaris feststellen.
Inwiefern das Vorhandensein des Sinus maxillaris einen Einfluss auf die
Gaumenmorphologie hat, wurde im Sinne eines natürlichen Experiments durch einen
Speziesvergleich innerhalb der Cercopithecoidea überprüft. Dazu wurde die
Gaumenmorphologie von Colobus guereza, einem Primaten ohne Sinus maxillaris, und
Macaca fuscata, einem Primaten mit Sinus maxillaris, verglichen. Es konnte gezeigt
werden, dass die Ausbildung des Sinus maxillaris keinen signifikanten Einfluss auf die Morphologie des knöchernen Gaumens hat. Für beide Strukturen kann folglich ein
eigenes Wachstumspotenzial angenommen werden.
Bei Primaten, welche einen Sinus maxillaris ausgebildet haben, weisen die Ergebnisse
dieser Studie auf einen Zusammenhang zwischen der Gaumenhöhe und dem Volumen
des Sinus maxillaris hin. Dabei wird der Zusammenhang beider Maße vor allem durch
die Schädelgröße determiniert, obgleich der Einfluss der Schädelgröße bei den Platyrrhini
und Strepsirrhini größer zu sein scheint als bei den Catarrhini. Insgesamt besteht der
Zusammenhang zwischen Sinus maxillaris und Palatum durum unserer Auffassung nach vor allem aufgrund der engen topografischen Beziehung beider Strukturen zueinander,
sodass ein gut ausgebildeter Processus alveolaris einen großen Sinus maxillaris
begünstigt.
Diese Arbeit bietet eine Übersicht über die unterschiedliche Gaumenmorphologie
einzelner Primatenspezies innerhalb der Ordnung der Primaten und leistet so aus
vergleichend-anatomischer Sicht einen Beitrag zum Verständnis einiger Einflussfaktoren
auf die Gaumenmorphologie. Die Ergebnisse dieser Studie tragen Modellcharakter und
lassen aufgrund der engen stammesgeschichtlichen Verwandtschaft zwischen nichtmenschlichen
Primaten und dem Menschen Rückschlüsse auf den Zusammenhang beim
Menschen zu. In Bezug auf den Sinus maxillaris verdeutlicht diese Studie, dass die
Pneumatisationsverhältnisse bei der Beurteilung der Maxilla und des knöchernen
Gaumens künftig stärker berücksichtigt werden sollten.
Die Therapie von Erkrankungen des hinteren Auges erfolgt heute hauptsächlich durch die intravitreale Injektion von Lösungen, Suspensionen oder Implantaten. Um neue intravitreale Arzneiformen zu entwickeln werden in der präklinischen Phase neben In vitro-Untersuchungen zur Wirkstofffreisetzung auch In vivo-Studien an Tieren verwendet. Die Physiologie des Auges der verwendeten Tiere weicht jedoch von denen des humanen Glaskörpers ab, weshalb die Übertragbarkeit der Ergebnisse teilweise kontrovers diskutiert wird. Durch eine Kombination dieser in vivo-Studien mit biorelevanteren In vitro-Freisetzungsmodellen könnte ein besseres Verständnis für das Verhalten von intravitrealen Arzneiformen erhalten werden.
In dieser Arbeit wurde die EyeFlowCell entwickelt, bei der zentral der humane Glaskörper durch ein künstliches Gel simuliert wird. In dieses Glaskörpersubstitut injizierte Arzneiformen können hinsichtlich ihrer Wirkstofffreisetzung unter verschiedenen Aspekten charakterisiert werden…
In der vorliegenden in-vitro Untersuchung wurden molare Kunststoffprothesenzähne verschiedener Produktreihen und Materialzusammensetzungen in zwei verschiedenen Methoden auf deren Verschleißanfälligkeit getestet und untereinander verglichen.
Bei den Produktreihen handelte es sich um Condyloform® II NFC+ (Nanohybridkomposit), Pala Premium 8 (PMMA mit anorganischen Füllkörpern), artegral® HD (PMMA mit anorganischen Füllkörpern), Veracia (mikrogefüllter Hybridkomposit) und VITA PHYSIODENS® Prothesenzähne (inhomogener Mikrofüllerkomposit). In einem ersten Vorversuch (Vv1) wurden bei diesen die Schichtstärken der Schmelz-, Dentin-, Basis- und Halsschichten mittels Sägemikrotom und Lichtmikroskop ermittelt, um die geeignetsten Stellen für den später erfolgenden Verschleißtest zu definieren. In einem zweiten Vorversuch (Vv2) wurde die Durchführbarkeit der für den Hauptversuch (Hv) gewählten Parameter getestet. Im Hv wurden je Produktreihe 28 Probekörper getestet. Nach der Probenherstellung und einer Wasserlagerung von sieben Tagen in entionisiertem Wasser bei 37 °C wurden 14 Zahnhälften pro Produktreihe paarweise direkt einer Kausimulation (Zusatzbelastung 50 N, 120.000 Zyklen) unterzogen (Methode KS). Als Antagonist dienten Steatitantagonisten (Durchmesser 6 mm). Die jeweils anderen 14 Zahnhälften wurden vor der Kausimulation paarweise in einem externen Temperaturwechselgerät (1.200 Zyklen 5 °C/ 55 °C je 2 min) bearbeitet (Methode TCKS). Anschließend wurden die beanspruchten Proben mittels Laserscanner digitalisiert und das Verschleißvolumen an Hand einer Software vermessen. Auch erfolgte eine Auswertung der Intra-Rater-Reliabilität und der Inter-Rater-Reliabilität. Die Reliabilität der Messungen wurde anhand eines Bland-Altman-Diagramms in Kombination mit dem Intraklassenkorrelationskoeffizient (ICC) bestimmt. Der Vergleich der Verschleißvolumina der Produktreihen bei den beiden verschiedenen Methoden erfolgte anhand von Varianzanalysen mit einem Signifikanzniveau von 0,05.
In Vv1 und Vv2 wurde festgestellt, dass die Pala Premium 8 Zähne aufgrund ihrer Schichtung und den gewählten Parametern nicht für den Hv in Frage kamen, da eine reproduzierbare Verschleißprüfung am Objekt nicht möglich ist. Bei den restlichen Produktreihen wurde der für Verschleißuntersuchungen am besten in Frage kommende Bereich definiert als die Fläche, die bei einer Teilung der Zähne in sagittaler Richtung (von bukkal nach lingual) durch den mesio- bzw. distobukkalen Höcker verläuft.
Bei den VITA PHYSIODENS® Posterior Zähnen konnte gezeigt werden, dass thermische Wechselbelastung vor Kausimulation das Verschleißverhalten der Produktreihen statistisch signifikant beeinflusst (P = 0,004).
Bei der Methode KS konnten statistisch höchst signifikante Unterschiede zwischen den Produktreihen ermittelt werden (P < 0,001). Hierbei erwiesen sich die artegral® HD Zähne gegenüber den Condyloform® II NFC+ (P < 0,001) und Veracia Zähnen (P = 0,003) statistisch signifikant verschleißbeständiger. Ebenso verhielten sich die VITA PHYSIODENS® Posterior Zähne gegenüber den Condyloform® II NFC+ (P = 0,035).
Auch nach der Methode TCKS konnten statistisch höchst signifikante Unterschiede im Verschleißverhalten der Produktreihen festgestellt werden (P < 0,001). Die artegral® HD Zähne zeigten sich gegenüber den Condyloform® II NFC+ (P = 0,004), Veracia (P = 0,037) und VITA PHYSIODENS® Posterior Zähnen (P < 0,001) statistisch signifikant verschleißbeständiger. Die Reliabilität der Messungen ist als exzellent zu bewerten (ICC = 0,998 bis 1,000).
Die auf PMMA mit anorganischen Füllkörpern beruhende Produktreihe in der vorliegenden Studie war bei beiden Methoden teils deskriptiv und teils statistisch signifikant verschleißbeständiger als die verwendeten Kompositzähne. Ob diese Ergebnisse den Verschleißunterschied der verwendeten Produktreihen in Patientensituationen wiedergeben, müsste in folgenden in-vivo Untersuchungen ermittelt werden.
Die Mechanismen, die zur Adaption quergestreifter Muskulatur an extrinsische und intrinsische Bedingungen führen, sind heute zu großen Teilen ungeklärt.
In Muskeldystrophien sind die Bedingungen für Muskelentwicklung, Wachstum und Adaption verändert, was den Muskel einer progredienten Degeneration unterwirft. Die Rolle der Familie der TRP-Ionenkanäle für diese Veränderung der Bedingungen ist hier Gegenstand
der Forschung. Aktuell wird die Rolle der ubiquitär exprimierten Kanäle mit
der Sensorik von Geschmack, Temperatur, Osmolarität, Nozizeption sowie taktiler Reize angegeben. Mit dem Nachweis der Mechanosensitivität des TRPV4-Kanals wurde dessen
Bedeutung in Muskelfasern stärker erforscht.
In der vorliegenden Dissertation wurde in diesem Zusammenhang die Frage nach einer möglichen Rolle der Kanäle in der Pathophysiologie von Muskeldystrophien gestellt
und demgemäß sowohl Beobachtungen am TRPV4-defizienten, als auch am Dystrophin-defizienten Mausmodell durchgeführt. Dazu wurden Untersuchungen an repräsentativen
Unterschenkelmuskeln (m. soleus, m. tibialis anterior, m. extensor digitorum longus) und dem Haupt-Atemmuskel (Zwerchfell) am trpv4-knock-out-Mausmodell durchgeführt und mit
dem korrespondierenden Wildtyp verglichen. Dieselben Analysen wurden gleichermaßen
am allgemein akzeptierten Mausmodell für die Duchenne Muskeldystrophie umgesetzt
und ebenfalls dem korrespondierenden Wildtyp gegenübergestellt. Die im dystrophen mdx-Modell typischen Veränderungen der Skelettmuskulatur (Dissemination der Faserkaliber,
Bindegewebsvermehrung und Fasertypen-Shift) wurden erwartungsgemäß nachgewiesen.
Es ergab sich eine signifikante Abweichung der Varianz der Faserkaliber in
den HE-gefärbten Muskelquerschnitten. Diese Unterschiede konnten beim Vergleich der
TRPV4-defizienten Mutante mit ihrem Wildtyp nicht nachgewiesen werden. Die in der DMD typische Zunahme von Bindegewebe im Muskelquerschnitt stellte sich in unseren
Versuchen deutlich dar. Für alle vier untersuchten Muskeln zeigte sich nach Auswertung
Sirius-Red-gefärbter Muskelquerschnitte ein etwa doppelt so großer Anteil an Bindegewebe wie im Wildtyp. Im Vergleich der TRPV4-defizienten Mutante mit ihrem Wildtyp ergab sich kein signifikanter Unterschied in Bezug auf den Bindegewebsanteil. Der in der
DMD bekannte Untergang schnellerer Muskelfasern und die Neubildung langsamerer
Fasern (Fasertypen-Shift) deutete sich in unseren Untersuchungen zur immunhistochemischen
Fasertypisierung an. Bei geringer Größe der Stichprobe konnten jedoch kaum
statistisch signifikante Unterschiede nachgewiesen werden. Im Vergleich der Fasertypisierung
der TRPV4-defizienten Mutante mit ihrem korrespondierenden Wildtyp ergaben sich nahezu keine Unterschiede.
Zusammengefasst ergaben sich in unseren histologischen Untersuchungen im Wesentlichen
keine signifikanten Unterschiede zwischen der Skelettmuskelkonstitution der trpv4-knock-out-Mutante und ihrem Wildtyp. So kann geschlussfolgert werden, dass die Abwesenheit des
TRPV4-Kationenkanals keine Auswirkung auf das Wachstum und die Entwicklung der
untersuchten quergestreiften Muskulatur hat und insbesondere nicht zu den bei der DMD typischen Veränderung der Muskelkonstitution führt.
Diese Ergebnisse lassen den generellen therapeutischen Einsatz von spezifischen TRPV4-Blockern mannigfaltiger Erkrankungen (beispielsweise des Rechtsherz-Insuffizienz-bedingten Lungenödems) noch verheißungsvoller erscheinen, da zunächst von unerwünschten Wirkungen in Bezug auf die Skelettmuskelkonstitution nicht ausgegangen werden muss.
Im Falle eines noch zu erbringenden Nachweises einer bedeutsamen Rolle für die Pathophysiologie
in Muskeldystrophien könnte eine spezifische Hemmung womöglich zur Verbesserung der Kalzium-Homöostase beitragen, ohne dass schwere Fehlentwicklungen
befürchtet werden müssen.
In der Vergangenheit ergaben sich aus zahlreichen Untersuchungen vermehrt Hinweise für eine wichtige Rolle von Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1) für das Überleben, den Erhalt, sowie das Differenzierungsverhalten von verschiedenen Zelltypen. Hierbei wurden Effekte von IGF-1 auf Zellen unterschiedlicher Gewebearten, u. a. auch des Zentralen Nervensystems, festgestellt. Für viele der beobachteten IGF-1-Wirkungen konnte eine Vermittlung über den PI3-Kinase/Akt/NF-κB-Signalweg bestätigt werden. Aber auch der ERK-Signal- weg scheint an der IGF-1-vermittelten Signaltransduktion beteiligt zu sein.
Aus früheren Untersuchungen der eigenen Arbeitsgruppe mit dem auch in der vorliegenden Arbeit verwendeten Zellsystem ist bekannt, dass der PI3-Kinase/Akt/NF-κB-Signalweg die astrogliale Differenzierung der fetalen mesenzephalen neuralen Precursorzellen („fetal mesencephalic precursor cells“ [fmNPCs]) maßgeblich beeinflusst.
Hingegen wird die durch Interleukin-1β (IL-1β) induzierte dopaminerge Differenzierung von fmNPCs über den ERK/MAP-Kinase-Signalweg vermittelt und durch die Hemmung des PI3-Kinase/Akt/NF-κB-Signalweges erleichtert.
Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich vor diesem Hintergrund mit dem Einfluss von IGF-1 auf langzeitexpandierte fmNPCs der Ratte. Dazu wurde das in vitro-Modell der primären Dissoziationskultur aus mesenzephalem Gewebe 14 Tage alter embryonaler Ratten herangezogen. Es wurde der Frage nachgegangen, inwieweit IGF-1 die Überlebensfähigkeit, das Proliferationspotenzial, die Expression des IGF-1-Rezeptors, sowie das neuronale, astrogliale und oligodendrogliale Differenzierungsverhalten dieser fmNPCs der Ratte beeinflussen kann. Weiterhin sollten an der Differenzierung beteiligte intrazelluläre Signaltransduktionsmechanismen näher charakterisiert werden.
Bei der Untersuchung der Überlebensfähigkeit der Zellen zeigte sich, dass die Behandlung mit IGF-1 (50 ng/ml) sowohl während der Expansion als auch während der Differenzierung über 24 h und 72 h im Vergleich zur unbehandelten Kontrollreihe zu einer signifikanten Steigerung der Überlebensrate führte. Dieser überlebenssteigernde Effekt von IGF-1 auf die fmNPCs konnte durch die gleichzeitige Behandlung mit AG 1024 – einem Inhibitor des IGF-1-Rezeptors – während der Differenzierung, nicht jedoch während der Expansion, aufgehoben werden. Dies spricht für eine besondere Rolle von IGF-1 für den Differenzierungsprozess der fmNPCs, welche folglich während ihrer Differenzierung in höherem Maße auf die Expression des IGF-1-Rezeptors angewiesen sind als während der Expansion. Übereinstimmend mit diesem Ergebnis zeigte sich bei den Untersuchungen zur Expression des IGF-1-Rezeptors eine signifikante Hochregulierung der IGF-1-Rezeptor-Expression während der Differenzierung im Vergleich zur Expansion der Zellen. Weiterhin konnte unter IGF-1-Behandlung und Differenzierung der Zellen wiederum eine signifikante Hochregulierung der IGF-1-Rezeptor-Expression im Vergleich zur Differenzierung unter Kontrollbedingungen beobachtet werden.
Bei den Untersuchungen zum Einfluss von IGF-1 auf den Erhalt des Proliferationspotentials der fmNPCs konnte bezüglich der Ki-67-markierten Zellen nach der Expansion über 72 h ein signifikanter Effekt von IGF-1 beobachtet werden, mit einer höheren Anzahl Ki-67-positiver Zellen im Vergleich zur Kontrollreihe. Allerdings konnte dieser, das Proliferationspotential steigernde, Effekt nach der Expansion über 24 h und anschließender Markierung der Zellen mit BrdU nicht beobachtet werden. Trotzdem zeigten sich im Vergleich zur Kontrolle mehr Zellen mit Proliferationspotential (BrdU-positiv) und somit eine Tendenz in Richtung des Ergebnisses nach der Expansion über 72 h.
Ein weiterer Fokus der vorliegenden Arbeit lag auf der Untersuchung des Einflusses von IGF-1 auf das neuronale und gliale Differenzierungsverhalten von fmNPCs. Hierbei zeigte sich, dass die Behandlung der Zellen mit IGF-1 über einen Differenzierungszeitraum von 7 d zu signifikant mehr Zellen mit neuronalem Phänotyp (MAP2-positiv) im Vergleich zur Kontrollreihe führte. Bezüglich der astroglialen und oligodendroglialen Differenzierung der fmNPCs konnte eine Behandlung mit IGF-1 keine signifikanten Ergebnisse zeigen.
Schließlich beschäftigte sich die vorliegende Arbeit auch damit, die an der Differenzierung beteiligten intrazellulären Signaltransduktionsmechanismen näher zu charakterisieren. Dazu wurden ELISA-Experimente durchgeführt, um die Aktivierung ausgewählter Kinasen und Transkriptionsfaktoren in der Frühphase der Differenzierung der fmNPCs zu bestimmen. Hierbei zeigte sich unter IGF-1-Behandlung, im Vergleich zur unbehandelten Kontrollreihe, ein Abfall der Aktivität der PI3-Kinase, Akt und von NF-κB mit signifikanten Werten nach 0 h, 3 h und 6 h für die PI3-Kinase, nach 1 h und 6 h für Akt und nach 0,5 h für NF-κB. Im Gegensatz dazu konnte die Aktivität der ERK unter IGF-1-Behandlung nach 1 h, 3 h und 6 h signifikant gesteigert werden. Für die p38 MAP-Kinase zeigte sich nach 3 h Behandlung mit IGF-1 eine signifikante Reduktion der Aktivität im Vergleich zur Kontrollreihe. Auf die JNK-Aktivität zeigte die Behandlung mit IGF-1 hingegen keinen signifikanten Effekt.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit lassen folgende Schlussfolgerungen zu:
• IGF-1 erhöht die Überlebensrate von fmNPCs während deren Expansion und Differenzierung in vitro über 24 h und 72 h.
• AG 1024 inhibiert diesen überlebenssteigernden Effekt während der Differenzierung von fmNPCs, nicht aber während deren Expansion.
• IGF-1 steigert das Proliferationspotenzial von fmNPCs in vitro.
• IGF-1 induziert die Neurogenese von fmNPCs in vitro.
• Effekte von IGF-1 auf die fmNPCs werden vermittelt über den IGF-1-Rezeptor, welcher während der Differenzierung durch die Behandlung mit IGF-1 hochreguliert wird.
• IGF-1 führt in der weiteren zellulären Signaltransduktion während der Differenzierung von fmNPCs zu einer Herunterregulierung des PI3-Kinase/Akt/NF-κB-Signalwegs und zu einer Hochregulierung von ERK1/2 des MAP-Kinase-Signalwegs.
The order of bats (Chiroptera) account for ~20% of all mammalian species and attracted immense global attention due to their identification as important viral reservoir. Bats can harbour a plethora of high-impact zoonotic viruses, such as filoviruses, lyssaviruses, and coronaviruses without displaying clinical signs of disease themselves. Given this striking diversity of the bat virome, their ability of self-powered flight, and global distribution, understanding chiropteran immunity is essential to facilitate assessment of future spillover events and risks.
However, scarcity of bat-specific or cross-reactive tools and standardized model systems impede progress until today. Furthermore, the richness of species led to generation of isolated datasets, hampering data interpretation and identification of general immune mechanisms, applicable for various chiropteran suborders/families. The key to unlocking bat immunity are coordinated research approaches that comprehensively define immunity in several species. In this work, an in-depth study of innate and adaptive immune mechanisms in the fructivorous Egyptian Rousette bat (Rousettus aegyptiacus, ERB) is presented.
Detailed stability analyses identified EEF1A1 as superior reference gene to ACTB, and GAPDH, which rendered unstable upon temperature increase or presence of type-I-IFN. Since the body core temperatures of pteropid bats reach from 35°C to 41°C and it has been postulated that bats display constitutive expression of IFNs, a suitable reference gene has to be stable under these physiologically relevant conditions. To study cellular innate immunity in detail, cell lines from the nasal epithelium, the olfactory compartment and the cerebrum were generated. To include immune responses of epithelia cells, essential for immunity at sites of primary viral infection, primary epithelia cells from the nasal epithelium, trachea, lung and small intestine were generated. Cellular identities were determined by comprehensive analyses of transcripts and proteins expressed by each cell line. The capacity of each cell line to produce type-I- and III-IFNs was assessed at 37°C and 40°C upon stimulation with viral mimetics. This revealed cell type-dependent differences is the capability to express IFNs upon stimulation. Furthermore, the constitutive expression of type-I- and III-IFNs was significantly elevated in higher temperatures and quantified at mRNA copy levels. To characterize ERB innate immunity upon infection with high-impact zoonotic viruses, cells from the nasal epithelium, the olfactory system, and the brain were infected with several lyssaviruses. This revealed striking differences in susceptibility: cells from the nasal epithelium rendered least whereas cells from the olfactory epithelium rendered most susceptible to viral infection and replication. Additionally, due to a lack of IFN expression in infected cells, it could be shown that LBV possibly possesses advanced strategies to ensure successful replication in ERB cells. Since the current SARS-CoV-2 pandemic put bats even further in the focus of zoonotic research, primary epithelial cells and animals were infected with this virus to monitor ERB-specific immune transcripts in cells and tissues. These studies revealed a notably early IFNG expression in the respiratory tract of infected individuals.
To understand immunomaturation in bats, the immune cell landscape in periphery and various tissue in adult and juvenile ERB was analyzed by flow cytometry and scRNA-seq, revealing intriguing, age-dependent variations in the abundance of granulocytes and lymphocytes. Flow cytometry revealed a significantly higher number of granulocytes in adults, as well as higher numbers of B cells in juveniles. scRNA-seq allowed detailed identification of different leukocyte subsets, uncovering the presence of highly-abundant NKT-like cells and a unique PLAC8 expressing B cell population. A functional characterization of phagocytic cells and lymphocytes derived from adult and juvenile ERB revealed no significant differences in cellular functionality.
In conclusion, the presented work demonstrated suitability of all established ERB cell lines to study bat immunity in vitro, which led to striking findings regarding IFN expression at steady state, or upon stimulation or viral infection. In addition, established qRT-PCR protocols allowed definition of constitutive and temperature-dependent elevation of IFN expression magnitudes, as well as insights into expression of immune-related transcripts in SARS-CoV-2 infected ERB. Finally, based on optimized scRNA-seq technologies and flow cytometry, frequencies and absolute cell counts could be determined in ERB of different ages, revealing e.g. age-dependent variations in leukocyte profile compositions.
Mit der Weiterentwicklung des Internets und immer leistungsfähigeren Computern kommen nicht nur komplexere und lebensechter wirkende Onlinespiele auf den Markt, sondern es findet mit neuen Kommunikations- und Interaktionsmöglichkeiten vor allem auch ein Wandel der Sprache statt. In der Linguistik ist die Kommunikation in Onlinespielen bisher jedoch wenig untersucht worden. Die Dissertation setzt an dieser Stelle mit einer empirischen Analyse auf Basis der teilnehmenden Beobachtung sowie einem integrativen theoretischen Ansatz unter Einbeziehung germanistischer, kommunikationswissenschaftlicher sowie soziologischer Theorien an. Anhand eines Beispiels – dem derzeit beliebtesten Online-Rollenspiel World of Warcraft – wird gezeigt, welche sprachlichen Besonderheiten der Kommunikation sich aus den im Spiel bereitgestellten interaktionsorientierten Kommunikationsstrukturen ergeben. Denn den Spielern ist es möglich, zeitgleich in ein und demselben „Gespräch“ sowohl über den schriftsprachlichen Chat als auch über den gesprochensprachlichen Voice-Chat (quasi-)synchron zu kommunizieren. Über eine reine Erfassung des Sprachgebrauchs hinaus ist es Ziel der Dissertation, Funktionen und Wirkungsweisen dieses Sprachgebrauchs in Zusammenhang zu den medialen, sozialen und situativen Rahmenbedingungen der Kommunikation herauszustellen und damit verbundene gruppendynamische Prozesse sowie die Konstitution der Spielergruppe durch sprachliche Interaktion in einer umfassenden linguistischen Analyse zu untersuchen.
Quality of Life (QoL) is a core patient-reported outcome in healthcare research. However, a conceptual, operational, and psychometric elaboration of QoL in the context of telemedical care (TM) was needed, as standardised instruments to assess QoL do not comprehensively represent essential aspects of intended outcomes of TM. Therefore, the overall aim of this thesis was to conceptualise QoL in the context of TM and to develop an instrument that can adequately assess QoL in TM.
Gynaecologic immunologic research aims to answer an important question: How does the immune system manage to protect both mother and unborn child while not harming the semi-allogeneic and thus partially unaccustomed fetus? Several distinct adaptions in both the innate and adaptive immune system take place during pregnancy. Alterations in these processes can cause dramatic consequences like pregnancy loss. Here, molecules with immunomodulatory functions can provide possible treatment options. One molecule with the described features emerged as a candidate: The transmembrane molecule mCD83 as well as its soluble form, sCD83. As mCD83 overexpressing cells and cells from pregnant mice showed similar behaviour regarding interleukin-10 secretion and B-cell (BC) development, a contribution of mCD83 in immunologic pregnancy adaptions is possible. Additionally, the soluble form could be a future therapeutic agent in pregnancy disorders, regarding its already shown benefits in therapy of various autoimmune diseases in animal models.
The aim of this work is to evaluate the expression, release and regulation of CD83 in its membrane bound and soluble forms during normal and disturbed pregnancies in mouse models.
The semi-allogeneic pairing of two inbred stems, C57Bl6/J×BALB/c, results in healthy pregnancy and was used to investigate the expression in different stages of pregnancy. Pairing CBA/J females with DBA/2J males results in resorption of fetal units and represents a poor pregnancy outcome mating (PPOM). This model in comparison with CBA/J×BALB/c pairings (presenting a good pregnancy outcome mating (GPOM)) is a model for immunologic pregnancy disturbance. It was used to detect alterations in mCD83 expression and sCD83 release during disturbed pregnancy.
During normal murine pregnancy, mCD83 expression increased with a peak on day 14 of pregnancy on B- and T-cells, while the amount of mCD83 positive cells was elevated at the end of pregnancy. PPOM mice showed higher mCD83 expression and mCD83 positive cell count on various lymphocyte subtypes in comparison to GPOM, while sCD83 levels were lower in PPOM pregnancies. Splenocytes released sCD83 in cell culture, whereby the main part under unstimulated conditions was produced by BC. Progesterone treatment of splenocytes led to a dose dependent mCD83 upregulation on T-cells and reduced mCD83 expression as well as sCD83 release from BC. Culture of splenocytes with tissue inhibitor of metalloproteinases 1 (TIMP1) resulted in elevated sCD83 release and mCD83 expression on BC. Progesterone reduced TIMP1 expression on BC in vitro.
mCD83 expression and sCD83 release showed various alterations during normal murine pregnancy as well as when comparing PPOM with GPOM. Noticeable are in particular a higher mCD83 expression on splenic BC on day 14 of pregnancy. In BC from PPOM, mCD83 expression is higher than on BC from GPOM, while PPOM mice show a lower sCD83 serum level, hinting a problem in the shedding mechanism during PPOM.
Progesterone regulates mCD83 expression on BC via TIMP1 and a yet unknown proteinase, resulting in degradation of mCD83 with lower mCD83 expression and sCD83 release. Here, the resulting expression level may vary depending on the BC surroundings and cell compartmentation.
The results thereby suggest a CD83 involvement in pregnancy and encourage further research on mCD83 expression at the feto-maternal interface as well as sCD83 in human blood and tissue. Especially the sCD83 alterations are of clinical interest, indicating the molecule as potential therapeutical option for pregnancy disturbances.
Ziel der Studie. Untersuchung des Einflusses der extrakorporalen Photopherese (ECP) auf die Lebensqualität (LQ) und den Krankheitsverlauf bei Patienten mit Mycosis Fungoides (MF) sowie mit Graft versus Host Disease (GvHD).
Methoden. Die Lebensqualität wurde retrospektiv mit Hilfe des dermatologischen Lebensqualitätsindex (DLQI) und des Skindex 29 Tests vor Beginn der ECP Behandlung und nach dem letzten ECP Zyklus ermittelt. Die Krankheitsparameter wurden anhand objektiver Kriterien bewertet, d.h. der Anzahl der eingenommenen Begleitmedikamente, der Intervalle zwischen den Therapiezyklen, der allmählichen Veränderung der Krankheit, der eventuellen Nebenwirkungen und Komplikationen der ECP Therapie.
Ergebnisse. Einundfünfzig Patienten wurden in der Klinik und Poliklinik für Hautkrankheit im Zeitraum 2008 19 mit ECP behandelt, 19 von 51 starben im Verlauf des Beobachtungsraums und bei 13 wurde die Nachbeobachtung nicht abgeschlossen. Schließlich wurden die Behandlungsprotokolle von 671 ECP Verfahren bei 19 Patienten (10 MF; 9 GvHD) ausgewertet. Die MF und GvHD Subpopulationen unterschieden sich nicht in den individuellen Werten der Fragen nach Lebensqualität, weder vor Beginn noch nach der letzten ECP. Die DLQI und Skindex 29 Scores wurden durch die ECP Therapie verbessert (p= 0,001 bzw. p< 0,001), was auf verbesserte individuelle Werte für Gefühle, tägliche/soziale Aktivitäten (p< 0,05) und Funktionalität (p≤ 0,05) zurückzuführen war. Der mittlere Abstand zwischen den ECP Zyklen verlängerte sich von zwei auf acht Wochen (p= 0,001). Der Bedarf der GvHD Patienten an Medikamenten zur Behandlung der Grunderkrankung verringerte sich (p= 0,035). Zwei von zehn MF Patienten verschlechterten sich von Stadium IIA auf IIIA. Schwere oder geringfügige Nebenwirkungen, die zu einem Therapieabbruch führten, wurden nicht festgestellt.
Schlussfolgerung. Die ECP erwies sich hinsichtlich den 19 Patienten mit MF und GvHD, die im Rahmen dieser retrospektiven Studie genau betrachtet wurden, als sicher wirksam und gut toleriert.
Literature shows that people with a migration background (PwM) with dementia are an especially vulnerable group. Data on the number of PwM with dementia in Germany is scarce meaning the healthcare system faces a challenge of an unknown magnitude. They are mostly not part of the healthcare landscape and lack knowledge about dementia and healthcare services. Healthcare professionals and services do not seem to be culturally sensitive enough and not adequately equipped to take care of PwM with dementia. Therefore, this work focuses on a) estimating the number of PwM with dementia broken down by country of origin and federal state; b) exploring the caregiving experience, barriers of healthcare utilisation and measures to increase utilisation; and c) determining the scope of culturally sensitive information and healthcare services as well as projects on dementia and migration in Germany. A combination of quantitative and qualitative research methods as well as a scoping review are applied to examine the research focus.
Calculations show that an estimated 96,500 PwM have dementia, presumably mostly originating from Poland, Italy, Turkey, Romania, and the Russian Federation. The majority of affected PwM live in North Rhine-Westphalia, Baden-Württemberg, and Bavaria. Family members experience similar challenges and consequences as non-migrants in the care of a person with dementia. PwM lack sufficient knowledge of dementia and information regarding the available healthcare services. These are only two of the reasons why the healthcare system is not utilised. To increase utilisation, services should be culturally sensitive and information easily accessible. In addition, easier navigation and the expansion of existing healthcare structures is needed. The scoping review identified 48 culturally sensitive healthcare and information services and projects for PwM with dementia. The majority are located in North Rhine-Westphalia, Baden-Württemberg, Bavaria, and Hesse, which mirrors the distribution of PwM with dementia in Germany. For the most part, these services offer counselling in different languages. These results confirm that PwM (with dementia) and healthcare professionals need in-depth education on this topic. There should be a focus on the design of information and healthcare services that are tailored in a culturally sensitive way. This dissertation further indicates that culturally sensitive healthcare services, personalised for individual situations on site, should be expanded and also facilitated by not only healthcare professionals and service providers but also by law- and decision-makers. Furthermore, there is a need for cooperation between researchers, healthcare professionals, service providers, healthcare systems, law-makers, and other stakeholders in the field on a national and an international level.
Die Entscheidung für das optimale Füllungsmaterial in der zahnärztlichen Behandlung stellt für Patienten und auch deren behandelnde Zahnärzte heutzutage eine Herausforderung dar. Bei der Vielzahl an zahnärztlichen Materialien, die heute angeboten werden, stellt sich die Frage, welches Material sich am besten für die Behandlung von Zahnhartsubstanzdefekten eignet, insbesondere im Bereich der Molaren.
Um einen Anhaltspunkt zu erhalten, welches Material am besten geeignet ist, wurden in der vorliegenden Studie Zahnärzte in Deutschland befragt, wie sie ihre eigenen Molaren restauriert haben und wie haltbar diese Restaurationen sind.
Mit Hilfe einer Onlineumfrage wurden Daten von 299 Zahnärzten über die restaurative Behandlung ihrer Molaren erhoben. Nach der Korrektur bestand der Analysesatz aus 1719 Molaren von 288 Zahnärzten.
Im Ergebnis zeigt sich innerhalb der Grenzen dieser Studie, dass bei deutschen Zahnärzten Restaurationen aus metallischen Werkstoffen wie Gold, Amalgam oder Nichtedelmetallen in ihren Molaren überwiegen, wobei Gold den größten Anteil ausmacht. Unterschiede wurden in Bezug auf das Geschlecht, das Alter und die Region, in welcher der Zahnarzt tätig ist, festgestellt. Es zeigte sich außerdem, dass Zahnärztinnen zahnfarbene Materialien wie beispielsweise Restaurationen aus Keramik bevorzugen. Restaurationen aus Gold, Amalgam und Nichtedelmetall zeigten mit mehr als 20 Jahren die höchste Haltbarkeit.
Es lässt sich jedoch eine Trendwende erkennen. So wählen insbesondere jüngere Zahnärzte neuere Materialien wie Komposit und Keramik für die restaurative Versorgung ihrer Molaren. Diese Materialien wurden in den vergangenen Jahren ständig weiterentwickelt und zeigen heutzutage deutlich verbesserte Eigenschaften was die Haltbarkeit und die Ästhetik betrifft, als noch vor einigen Jahren.
In Bezug auf die Entscheidungsfindung hinsichtlich eines gewählten oder auch empfohlenen Materials zeigt sich, dass die Entscheidung von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird. Wichtig sind beispielsweise die Eigenschaften der verschiedenen Materialien, ebenso wie die Lage, Art und Größe des Defektes. Auch die Mundhygiene beziehungsweise das Kariesrisiko haben einen Einfluss.
Da in der Zahnmedizin die Prävention immer weiter in den Fokus rückt ist anzunehmen, dass auch unter Zahnärzten die Anzahl der nötigen größeren Restaurationen im Seitenzahnbereich abnehmen und sich dementsprechend auch die Art der gewählten Materialien weiter verändern wird.
Introduction:
The amniotic fluid – as the medium surrounding the fetus, it is holding a crucial role in the maintenance and development of a successful pregnancy. While providing mechanical protection to the fetus, it also offers considerable immunological defense. In fact, it is known that the amniotic fluid plays a significant role in the innate immune system, as many of its corresponding substances show substantial antimicrobial function. Also, components of the adaptive immune system, including B cells, have been described within the amniotic fluid. An increase of immune cells in the amniotic fluid in cases of intra-amniotic infection indicates their involvement in inflammation-related pathologies of pregnancy. However, especially B cells in the amniotic fluid have not yet been thoroughly investigated.
The aim of this work is a deeper examination of the B-lymphocytes within the amniotic fluid. Based on the analysis of surface molecules this includes their phenotype, origin and func-tion. In the long term this could substantiate our understanding of intraamniotic inflammation and or infection, which are casually linked with preterm birth, fetal inflammatory response syndrome and fetal morbidity.
This, in turn, could pave the way for potential diagnostic methods and treatments.
Methods:
For all experiments 8-12-weeks-old pregnant mice were sacrificed at day 14 of pregnancy. The amniotic fluid was collected and specific cell subsets were isolated using MACS cell separation. Cells were then co-cultured with a bone marrow stromal cell line and stimulated in vitro.
The analysis of the population distribution and cytokine production was performed by flow cytometry. To analyze IgM-levels in the supernatant of the co culture, ELISA was used. Statistical analysis was performed using GraphPad Prism software.
Results:
The amniotic fluid contains different developmental stages of B cells, which most likely are of fetal origin. This is supported by the expression of paternal surface markers. An extensive proliferation and switch towards a more mature phenotype upon co-culture shows that the immature subsets of amniotic fluid B cells are able to expand and mature in vitro. Amniotic
fluid B cells spontaneously produce IgM and show functional adaption upon in vitro stimula-tion as evidenced by the increase of cell activation markers.
Conclusion:
For the first time a deep investigation of B-cells within the amniotic fluid was performed, covering phenotype and cell functionality. This work shows that there is a B cell compartment within the amniotic fluid, which, to a certain extent, is able to mature and gain functionality when exposed to external stimuli. This supports the hypothesis of the amniotic fluid as crucial immunological line of defense against inflammatory and infectious challenges during pregnancy.
Clostridioides difficile is the leading cause of antibiotic-associated diarrhea referring to infections of the gastrointestinal tract in the course of (broad-spectrum)antibiotic therapy. While antibiotic therapy, preferentially with fidaxomicin or vancomycin, often stops the acute infection, recurrence events due to remaining spores and biofilm-associated cells are observed in up to 20% of cases. Therefore, new antibiotics, which spare the intestinal microbiota and eventually clear infections with C. difficile are urgently required. In this light, the presented work aimed at the evaluation and characterization of three natural product classes, namely chlorotonils, myxopyronins and chelocardins, with respect to their antimicrobial activity spectrum under anaerobic conditions and their potential for the therapy of C. difficile infections. Briefly, compounds of all three classes were screened for their activity against a panel of anaerobic bacteria. Subsequently, the systemic effects of selected derivatives of each compound class were analyzed in C. difficile using a proteomics approach. Finally, appropriate downstream experiments were performed to follow up on hypotheses drawn from the proteomics datasets. Thereby, all three compound classes demonstrated significant activity against C. difficile. However, chelocardins similarly inhibited the growth of other anaerobes excluding chelocardins as antibiotic candidates for C. difficile infection therapy. In contrast, chlorotonils demonstrated significantly higher in vitro activity against C. difficile and close relatives compared to a small panel of other anaerobes. In addition, it could be shown that chlorotonils affect intracellular metal homeostasis as demonstrated in a multi-omics approach. The data led to speculate that chlorotonils eventually affect cobalt and selenate availability in particular. Moreover, a metaproteomics approach verified that oral chlorotonil treatment only marginally affected the intestinal microbiota of piglets on taxonomic and functional level. Furthermore, the proteome stress response of C. difficile 630 to myxopyronin B, which similarly showed elevated activity against C. difficile compared to a few other anaerobes, indicated that the antibiotic inhibited early toxin synthesis comparatively to fidaxomicin. Finally, evidence is provided that C. difficile 630 responds to dissipation of its membrane potential by production and accumulation of aromatic metabolites.
Zur Indikation, Häufigkeit, den Ergebnissen und der Sensitivität einer Abrasio/endometrialen Biopsie bei uterinen Sarkomen gibt es nur wenig und über die Auswirkung auf die definitive Operationsindikation, den Einfluss auf inadäquate Operationsmethoden und das Überleben gar keine Literatur. Ähnlich ist die Situation betreffs der Anwendung von prädiktiven Laborwerten, wie z. B. der LDH und der NLR.
Für die Analyse Abrasio bei uterinen Sarkomen wurden aus dem Datenmaterial des DKSM insgesamt 640 uterine Sarkome (179 LGESS, 336 LMS und 125 HGESS/UUS) extrahiert. Neben einer Patientinnen-Charakterisierung wurde die Abrasio hinsichtlich der Indikation, der Häufigkeit ihrer Anwendung, des pathologisch-anatomischen Ergebnisses, der prädiktiven Sensitivität, der Auswirkungen auf die definitive Operationsindikation bzw. den Anteil inadäquater Operationen und des Gesamtüberleben untersucht. Die statistischen Berechnungen erfolgten mittels Chi²-Test, t-Test und Kaplan-Meyer-Überlebenskurven unter Verwendung von SPSS 27™.
Das Durchschnittsalter aller Patientinnen betrug 52,8 (18 - 90) Jahre. Das mediane Alter lag mit 47,2 Jahren bei den LGESS am niedrigsten (LMS 52, HGESS/UUS 52,8). Dem entsprechend ist der Anteil der postmenopausalen Frauen bei den HGESS/USS mit 70,4 % auch am höchsten (LGESS 20,7 %, LMS 51,1 %). Wie beim Alter sind die Unterschiede statistisch signifikant. Auch die indikationsbestimmenden AUB und PMB kommen bei den HGESS/UUS am häufigsten vor und unterscheiden sich signifikant von den LMS/LGESS.
Konsekutiv ist die Hauptindikation für eine Abrasio zu 69,7 % eine alleinige AUB/PMB oder letztere in Kombination mit einem anderen Befund. (LGESS 55,8 %, LMS 73,4 %, HGESS/UUS 79 %). Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Höhe des LMS-Risiko-Scores und der Durchführung einer Abrasio.
In der Gesamtgruppe erfolgte eine Abrasio in 45,6 % aller Fälle (LGESS 48,0 %, LMS 37 %, HGESS/UUS 63,3 %).
Die spezifische postoperative Enddiagnose wurde bei den LGESS in 29,1 %, bei den LMS in 34,1 % und bei den HGESS/UUS in 34,2 % korrekt gestellt. In 52,9 % der Fälle (LGESS
37,2 %, LMS 48,8 %, HGESS/UUS 75,6 %) ergab der histologische Befund die spezifische Diagnose der Entität oder ein nnbz. uterines Sarkom bzw. einen malignen mesenchymalen Tumor. In den meisten Fällen führt die Indikation AUB oder PMB mit und ohne zusätzliche klinische Befunde zu einer richtig positiven Diagnose. Es besteht somit ein Zusammenhang zwischen der Indikation zur Abrasio und der Sensitivität der richtigen positiven Enddiagnose.
Die definitive OP-Indikation Sarkom/Malignom liegt bei nicht durchgeführter Abrasio nur bei 15,6 %. Die dominierende Indikation ist in diesem Fall das LM (LGESS 84,9 %,
LMS 72,4 %, HGESS/UUS 62,8 %). Nach einer Abrasio steigt der Anteil der Indikation Sarkom/Malignom dramatisch auf 61 % an. Infolgedessen sinkt der Anteil der OP-Indikation LM bei allen Entitäten insbesondere aber den HGESS/UUS um über 50 % ab. Dennoch bleibt das LM mit 32,3 % der Fälle eine sehr häufige OP-Indikation.
Nach einer durchgeführten Abrasio werden bei den LGESS und LMS signifikant weniger inadäquate OP durchgeführt als bei Frauen ohne eine Abrasio. Bei den HGESS steigt dagegen der Anteil der inadäquaten OP. Der Unterschied ist statistisch signifikant. Ein Morcellement erfolgt nach einer Abrasio deutlicher seltener als bei einer OP ohne Abrasio. Ein statistisch gesicherter Unterschied wird jedoch nicht erreicht.
Es besteht auch ein Zusammenhang zwischen dem Alter der Frauen bei der Indikationsstellung zur Abrasio und dem Alter bei einer inadäquaten OP bzw. bei einem Morcellement.
Eine Abrasio hat in der Gesamtgruppe der LGESS, LMS und HGESS/UUS in der univariaten Analyse keinen Einfluss auf das OS.
Frauen mit einem uterinen Sarkom weisen bis auf das LGESS eine pathologisch erhöhte LDH (LMS 392,1 U/l, HGESS/UUS 259,9 U/l) auf. Bei der NLR konnte bei allen Sarkomen ein Wert oberhalb der Norm (LGESS 3,52, LMS 4,67, HGESS/UUS 4,45) gemessen werden.
Die Sensitivität einer Abrasio hinsichtlich der Erkennung eines uterinen Sarkoms beträgt nur 52,9 %. Sie steht in engem Zusammenhang mit den Indikationen zur Abrasio. Diese sind im Wesentlichen: eine AUB bzw. PMB oder ein im Zervikalkanal sichtbarer Tumor oder ein auffälliger intrakavitärer sonographischer Befund mit und ohne eine AUB/PMB. Ein richtig positiver histologischer Befund der Abrasio hat einen wesentlichen Einfluss auf die Indikationsstellung für die definitive Operation. Obgleich durch eine Abrasio inadäquate Operationen drastisch reduziert werden, kann sie eine falsche Indikationsstellungen nicht verhindern. Aufgrund der primären Ausbreitung der HGESS/UUS innerhalb des Endometriums und des Cavums ist die Indikationsstellung eindeutiger und konsekutiv das Resultat der Abrasio sensitiver als bei den primär vorrangig im Myometrium lokalisierten LGESS und LMS.
Insgesamt stellt eine Abrasio einen wesentlichen Baustein bei der Diskriminierung der uterinen Sarkome von den LM dar. Sie kann als indizierte Maßnahme vor oder nach Bestimmung des Sarkomrisiko-Scores die Diagnose deutlich einengen.
Für Frauen, die im Score „unter Risiko“ stehen, können zur weiteren Einengung der Diagnose die LDH und die NLR als prädiktive Marker bestimmt werden. Wegen der begrenzten Spezifität sollten entzündliche und degenerative Erkrankungen sowie andere Tumoren vor ihrer Verwendung ausgeschlossen werden.
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.
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.
Diese Arbeit befasst sich mit der ökonomischen Evaluation innovativer Infektionsprävention.
Dabei liegt der Fokus auf einem stakeholderbasierten Hygienemanagement und
der modellhaften Einführung eines prästationären Screenings auf Multiresistente Erreger (MRE) mit anschließender Kostenanalyse.
Bei der Einführung innovativer Infektionspräventionsmaßnahmen im Krankenhaus ist
die Beurteilung der aktuellen Situation grundlegend. Krankenhausleitungen sollten als
Stakeholder die Rolle der Machtpromotoren aufgrund ihrer Position und Entscheidungskompetenz
dabei übernehmen. Allerdings gibt es keine empirischen Beweise dafür,
ob diese Annahme gültig ist oder nicht. Diese Arbeit berichtet darüber, wie deutsche
Krankenhausleitungen die aktuellen Herausforderungen in der Infektionsprävention
wahrnehmen. Analysiert werden ferner die fördernden und hemmenden Faktoren bei
der Einführung von innovativen Infektionspräventionsmaßnahmen. Dazu wurde eine
Online-Befragung bei deutschen Krankenhausleitungen durchgeführt. An der Befragung
nahmen 266 Krankenhausführungskräfte teil. Die Befragung ergab, dass die Übertragung
von Krankheitserregern vor allem im stationären Bereich, insbesondere in Akutkrankenhäusern
und in der stationären Altenpflege gesehen wurde. Der Zeitmangel des
Personals und die Refinanzierung von Infektionspräventionsmaßnahmen durch die
Krankenkassen wurden vorrangig als Barrieren bei der Umsetzung neuartiger Infektionspräventionskonzepte
empfunden. Die befragten Krankenhausleitungen bewerteten,
dass die aktive Einbindung der Patienten und deren Angehörigen in den Infektionsschutz
die Infektionsprävention ihrer Einrichtung stärken könnte. Es lässt sich aus der
Erhebung schlussfolgern, dass Krankenhausführungskräfte offen für innovative Hygienemaßnahmen
sind. Insbesondere begrüßen sie die aktive Einbindung der Patienten und
deren Angehörigen in die Infektionsprävention. Um diese innovative Infektionsprävention
voranzubringen, müssen daher finanzielle und institutionelle Barrieren, wie z. B.
eine unzureichende Finanzierung des Hygienemanagements überwunden werden.
In dieser Arbeit wurden ebenso die identifizierten Herausforderungen bei der Einführung
eines prästationären MRE-Screening sowie deren Bewältigung dargestellt. Des
Weiteren wurden die erwarteten Kosten einer prästationären MREManagementstrategie
im Vergleich zur stationären MRE-Managementstrategie berechnet.
Insbesondere die Überwindung der Sektorengrenzen im Gesundheitswesen bildete
eine Herausforderung bei der Einführung des prästationären MRE-Screenings. Hierzu
zählten vor allem die Abstimmung zwischen behandelndem Vertragsarzt und aufneh34
mendem Krankenhaus sowie die gesicherte Informationsübermittlung zwischen den
beteiligten Akteuren. Durch Schaffung transparenter, sektorenverbindender Prozesse
kann diese Herausforderung bewältigt werden. Als grundlegende Herausforderung besteht
weiterhin darüber hinaus die Abbildung und Vergütung prästationär erbrachter
MRE-Leistungen in der Regelversorgung.
Mit Hilfe der Methodik eines Entscheidungsbaumes wurden prästationäre und stationäre
Szenarien zum Screening auf den Erreger Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus
(MRSA) und zur MRSA-Behandlung entwickelt. Anhand derer wurden die erwarteten
Kosten dieser MRSA-Managementstrategien nach dem Rollback-Verfahren im Rahmen
einer Entscheidungsbaumanalyse berechnet. Die Berechnungen ergaben, dass die erwarteten
Kosten für eine prästationäre MRSA-Managementstrategie bei 8,24 Euro und für
eine stationäre MRSA-Managementstrategie bei 672,51 Euro liegen. Die kostengünstigere
Strategie bei Patienten mit geplantem Krankenhausaufenthalt ist, berechnet nach
dem Rollback-Verfahren, die Durchführung eines prästationären MRSA-Screenings
sowie ein positiver Befund vorliegt, eine ambulante Dekolonisation.
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.
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.
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.
Durch das CEREC®-Verfahren mit dem Intraoralscanner Omnicam (Fa. Dentsply Sirona, York, USA) ist es möglich, digitale Abformungen zu erstellen und anschließend digital Restaurationen zu konstruieren. Für die korrekte Herstellung von prothetischen Restaurationen ist die Okklusion essenziell. Diese wird während der digitalen Aufzeichnung durch den Bukkalscan registriert. Im Anschluss wird das digitale okklusale Kontaktpunktmuster sichtbar.
In dieser Studie wurde die Genauigkeit der digitalen Okklusionsbestimmung im Vergleich zu Bissregistraten und intraoralen Kontaktpunktmuster untersucht.
Getestet wurden dazu 30 Probanden einer Altersgruppe zwischen 18 - 30 Jahren. Es handelte sich um 15 Frauen und 15 Männer mit nahezu naturgesundem Gebiss. Es wurden bei allen Probanden zwei zeitlich versetzte Bukkalscans durchgeführt und die durch Artikulationspapier markierten Kontaktpunkte auf den Kauflächen fotografiert. Anschließend erfolge die Herstellung eines Bissregistrates aus A-Silikon. Es erfolgten zeitgleich Elektromyogrammmessungen, um Muskelaktivität während der unterschiedlichen Registrierungsmethoden festzustellen.
Es konnte festgestellt werden, dass beim Vergleich der digitalen Okklusion zum intraoralen Kontaktpunktbild über Artikulationspapier zu 6,69 % weniger Kontaktpunkte durch CEREC® errechnet wurden. Die Kontaktpunktanzahl von der digitalen Okklusion zu den Bissregistraten unterschied sich zu 39,45 % deutlich. Mit dem Korrelationskoeffizienten nach Pearson wurde belegt, dass eine große Korrelation von r = 0,79 zwischen dem ersten Bukkalscan und dem klinischen Kontaktpunktmuster besteht. Beim Vergleich zum Bissregistrat lag der Korrelationskoeffizient bei r = 0,59. Das Ergebnis der Studie war, dass die Übereinstimmung bei der Anzahl der digitalen zu den intraoralen Kontaktpunkten größer war als zur Kontaktpunktanzahl bei Bissregistraten.
Auch bei den Ergebnissen des Elektromyogramms ist ein Unterschied zu erkennen. Es konnte festgestellt werden, dass während der Herstellung der Bissregistrate eine wesentlich höhere Muskelaktivität aufgezeichnet wurde. So wurden 22,99 % der maximalen Muskelaktivität während der Herstellung des Bissregistrates aufgebracht, während die Aktivität beim Bukkalscan im Durchschnitt (vor und nach dem Scannen der Zahnreihen) bei 14,38 % lag. Generell konnte kein Zusammenhang zwischen Muskelaktivität und Kontaktpunktanzahl erkannt werden.
Diese Studie ergab, dass die digitale Okklusion (generiert durch die CEREC® Omnicam) im Vergleich zum klinischen Kontaktpunktmuster verlässlich und für die Herstellung von Restaurationen im digitalen Workflow geeignet ist. Dem Verwender der CEREC® Omnicam wird empfohlen, die Kontaktpunkte vor dem Scan mittels Artikulationspapier zu markieren. So kann die digitale Okklusion am Computer überprüft und auf die Restauration übertragen werden.
Cell mechanical properties reveal substantial information on cell state and function. Utilizing mechanics as a label-free biomarker allows for investigation of fundamental cellular processes as well as biomedical applications, e.g., disease diagnosis. High-throughput methods for accessing the elastic properties of cells in suspension from hydrodynamic deformation in a microfluidic constriction are available with real-time analysis rates of up to 1000 cells per second. However, accessing elastic as well as viscous properties of cells and multicellular systems in suspension as well as adhered to surfaces at high throughput has not been possible so far. In this thesis, I approached this question and developed as well as applied microfluidic and holographic technologies to analyze the viscoelastic properties of single cells and multicellular aggregates, respectively.
First, I demonstrated that real-time deformability cytometry (RT-DC) can be applied in transfusion medicine, where the highest quality standards have to be maintained while blood product release is time-critical. We showed for platelet and red blood cell concentrates as well as for hematopoietic stem cells that their mechanical properties can be used for label-free quality assessment. The results have been published in Lab on a Chip (Aurich et al. 2020).
For RT-DC and many other methods based on hydrodynamic deformation, the constriction size has to be adapted to the objects of interest to allow for a shear-induced deformation. We introduced virtual fluidic channels, which are established by two co-flowing aqueous polymer solutions. Virtual fluidic channels can be precisely adjusted in their cross section, allowing for mechanical phenotyping of single cells as well as cell clusters or tissue spheroids in one microfluidic system. Importantly, measurements can also be performed in standard microfluidic geometries beyond soft lithography, e.g., in the cuvette of a flow cytometer. For cell spheroids as a model system for multicellular aggregates, we show a 10-fold lower Young's modulus of the tissue compared to single-cell mechanics, suggesting cell-cell and cell-matrix interactions being potential contributors to the mechanics of multicellular aggregates. Our work on virtual fluidic channels has been published in Nature Communications (Panhwar et al. 2020).
Within this thesis, I expanded the high-throughput elastic phenotyping performed by RT-DC towards viscoelastic cell properties by developing dynamic real-time deformability cytometry (dRT-DC). Dynamic tracking of cells while passing the microfluidic constriction allows to access steady-state (elasticity) and time-dependent (viscosity) material properties for a complete viscoelastic characterization of cells in suspension at high throughput. I introduced a shape mode decomposition based on a Fourier transformation, which allows to disentangle the superimposed stress responses to an extensional stress at the channel inlet and a constant shear stress in the channel. These hydrodynamic stress distributions are present in almost every microfluidic channel geometry. From the separated stress responses, viscoelastic material properties can be determined independent of cell shape.
We demonstrated experimentally the sensitivity of dRT-DC to cytoskeletal alterations and confirmed the validity of the method by reference measurements on calibrated hydrogel beads. In our work, we also presented a viscoelastic fingerprint of the major subpopulations of peripheral blood: erythrocytes, granulocytes, and peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) (e.g., lymphocytes and monocytes), all characterized by the same method. The technique and the results have been published in Nature Communications (Fregin et al. 2019).
In cell mechanical methods based on hydrodynamic deformation, cell shape is usually monitored while a stress is applied. For extraction of material properties as well as for studying shape dynamics, it is essential to describe cell shape yielding highest strain differences for a given microfluidic system and experimental setting. Using dRT-DC, I compared nine different shape descriptors to analyze cell deformation in an extensional as well as shear flow. A relaxation time analysis was performed on different levels of data aggregation from single cells to an ensemble scale. I demonstrated that the steady-state deformation can be predicted from stress response curves without them reaching the steady-state. This is important for cell mechanical measurements in microfluidic systems as the characteristic times are unknown in general and as the channel length is fixed. In addition, by introducing a cut-off criterion for how much of the response trace needs to be captured within the channel, the analysis time per cell can be reduced while material properties can still be extracted. Performing simulations, I compared the accuracy of relaxation times extracted from ensemble and single-cell studies under experimental conditions. Introducing a scoring system to evaluate which combinations of shape descriptors and analysis strategies provide biggest effect size, we concluded that single-cell analyses in an extensional flow are most sensitive to cytoskeletal modifications independent of shape parametrization. The manuscript was submitted to the Biophysical Journal.
Finally, I translated the fast non-contact cell mechanical probing from suspension to adherent cells. No such technology has been available and with the majority of cells being adherent, a robust label-free method for mechanophenotyping at high-throughput is required. Within this thesis, I have introduced and realized a new concept: holographic vibration spectroscopy (HVS), where adherent cells are mechanically excited on a vibrating surface while their height oscillations are measured optically. Analysis is done in an interferometric heterodyne setup by using frequency multiplexing and time-averaged holography in off-axis configuration. Based on interference images captured by a high-speed complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) camera, I established a mathematical model to reconstruct the vibration amplitude of adherent cells as well as their retardation phase compared to the exciting vibration. From the amplitude and phase response, viscoelastic parameters can be derived, which have to be investigated in subsequent studies.
In summary, I introduced in my work two high-throughput methods for the viscoelastic characterization of suspended as well as adherent cells while highlighting applications in tissue mechanics and transfusion medicine that are relevant not only in basic but also in translational research.
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.
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.
Die Studie zielte darauf ab, mittels einer inhibitorischen TMS (cTBS-600) rechtshemisphärischer, temporoparietaler und frontaler Hirnareale (TPJ und pMFG) Einfluss auf die visuell-räumliche Wahrnehmungsleistung junger, gesunder Probanden zu nehmen und die Reversibilität potentieller Effekte durch eine konsekutive cTBS der homologen linkshemisphärischen Areale zu untersuchen. Auf Base-Line-Niveau zeigte sich bei den gesunden Probanden ein systematischer Links-Bias, sowohl für perceptiv/visuo-räumliche, als auch für explorativ/visuo-motorische Aufgaben. Das Ausmaß dieses Links-Bias reduzierte sich nach cTBS der rechten TPJ und weniger systematisch auch nach cTBS des rechten pMFGs. Eine konsekutive cTBS der linken TPJ führte zu einer Rückkehr auf das Base-Line-Niveau für perceptiv/visuo-räumliche Aufgaben. Die Ergebnisse sprechen für eine spezifische Beteiligung der rechten TPJ (und weniger konsistent auch des rechten pMFGs) an visuellen Raumwahrnehmungsleistungen. Weiterhin deuten die Ergebnisse darauf hin, dass eine inhibitorische Magnetstimulation der linken TPJ das Potential besitzt, einen Rechts-Bias infolge einer dysfunktionalen rechten TPJ aufzuheben. Diese Erkenntnis könnte für den therapeutischen Einsatz einer inhibitorischen cTBS der linken TPJ bei Patienten mit rechtshemisphärischem Schlaganfall und resultierender Neglectsymptomatik von Bedeutung sein.
Die hier berichteten Ergebnisse wurden in einem Peer-Review Journal publiziert (Platz et al., 2016).
Ethics of Genetically Determined Chronic Diseases – Hereditary Chronic Pancreatitis as an Example
(2022)
Background: To deliver appropriate support to patients and their families, it is central to know
the needs of those affected by a disease. As a chronic disease, Hereditary Chronic Pancreatitis (HCP) usually accompanies those
affected for their lifetime and can lead to substantial psychological and social consequences
for the individuals affected and their families. Since the subjective experience of individuals
living with HCP has not yet been investigated, the current PhD thesis examines the ethical and
social issues which arise in the context of HCP.
Methods: To get a comprehensive overview of the ethical and social issues involved, different
methods were combined. A qualitative study with patients and their relatives was conducted
to acquire an understanding of living with HCP. Based on the issues identified, ethical and
conceptual analyses and a systematic review were conducted to supplement the empirical
findings.
Results: Twenty-four individual interviews and one focus group were conducted. The
participants described HCP as a continuous but unstable part of their lives. The ‘shifting
perspectives model’ by Paterson covers this experience adequately, but due to the shifting
character of HCP, the participants reported pathologization as a problematical issue in their
lives. Additionally, the study demonstrates that genetic testing has a wide influence in familial
contexts and is accompanied by normative issues, e.g. related to reproductive decisions. The
study revealed the broad range of ethical and social issues that those affected by HCP face. In
this context, patient advocacy organizations (PAOs) are seen as an important source of support by patients and their families.
Discussion: Given the various tasks ascribed to PAOs, it is unclear what roles PAOs have and
what responsibilities they bear. Although the conceptual analysis and the systematic review
provided an orientation about PAOs’ responsibility, no general answer can be given. Instead,
each PAO and its specific situation must be evaluated individually. Responsibility as a
relational concept can help to structure these situations and to understand the role of PAOs
in the healthcare sector and in current bioethical debates better.
Conclusion: The thesis provides empirical and conceptual findings on the ethical and social
issues in the context of a rare, genetically determined, chronic disease. It is important to
recognize these three dimensions and their interplay to deliver optimal care to those affected.
The results build a comprehensive starting point for healthcare professionals managing
genetically determined, chronic diseases, but more research is needed to bring the results of
this thesis into practice.
Die vorliegende Promotion wurde im Rahmen eines Forschungsauftrags des Deutschen
klinischen Kompetenzzentrums für genitale Sarkome und Mischtumore (DKSM) als
Bestandteil der Forschungsarbeiten an genitalen Sarkomen und Mischtumoren der
Promotions- und Forschungsgruppe genitaler Sarkome (PFGS) des DKSM an der
Universitätsmedizin Greifswald verfasst.
Uterine Myome stellen ein sehr häufiges Krankheitsbild der Frauen in Deutschland dar.
Zwischen den sicher gutartigen Leiomyomen (LM) und den malignen Leiomyosarkomen
(LMS) stehen die Varianten der LM - zellreiches Leiomyom (ZLM), mitotisch aktives
Leiomyom (MALM), Leiomyom mit bizarren Kernen (LMBK) - und die STUMP (Leiomyom
mit unsicherem malignem Potenzial). Letztgenannte können zum Teil maligne Eigenschaften
aufweisen ohne die Kriterien eines malignen Tumors vollständig zu erfüllen. So können sich
insbesondere nach inadäquater operativer Therapie Rezidiven und/oder Metastasen
entwickeln. Im Rahmen dieser Promotion wurden die Varianten der LM und die STUMP in
einer Gruppe als „Leiomyome mit fraglicher Dignität” (LMFD) zusammengefasst.
LM und die LMFD sind durch ähnliche Eigenschaften präoperativ nur schwer voneinander zu
unterscheiden. Die für LM gegenwärtig vorrangig angewendete laparoskopische operative
Therapie mit Morcellement ist regelhaft mit einer Tumorzellverschleppung in das Abdomen
verbunden. Diese führt bei den LMFD nicht selten zu einer konsekutiven lokoregionären
Rezidivierung oder Metastasierung mit deutlicher Prognoseverschlechterung. Die Anzahl der
unter der Diagnose eines regelhaften LM inadäquat operierten LMFD ist sehr hoch. Eine
präoperative Diskriminierung der LMFD von den regelhaften LM ist daher klinisch relevant
und wurde im Rahmen dieser Promotion überprüft.
Als Mittel zur präoperativen Diskriminierung wurde der 2019 veröffentlichte
Leiomyosarkom-Score (LMS-Score) herangezogen. Er wurde ebenfalls im Rahmen der
Forschungsarbeiten des DKSM entwickelt und dient der präoperativen Diskriminierung von
regelhaften LM und LMS. Im Rahmen dieser Promotion wurde geprüft, ob der LMS-Score
ebenfalls eine statistisch signifikante Diskriminierung zu den LMFD zulässt. Der LMS-Score
umfasst 12 Variablen und wird schließlich anhand eines individuellen Punktewertes
angegeben. Insgesamt wurden 118 LMFD mit 830 regelhaften LM verglichen. Die
nachfolgenden Variablen wurden anhand einer Excel Tabelle erhoben, kodiert und mittels
SPSS statistisch analysiert.
-Alter
-Postmenopausestatus
-Tumor Diameter
-Schnelles Wachstum
-Intermenstruelle Blutungen
-Hypermenorrhö
-Dysmenorrhö
-Postmenopausale Blutungen
-Symptome (Unterbauchschmerzen, Druckgefühl, Pollakisurie)
-Solitärtumor
-Auffällige Sonografie
-Versagen vorangegangener Therapien
Die statistischen Untersuchungen erfolgten mittels t-Test für unabhängige Mittelwerte sowie
mittels Chi-Quadrat-Test für kategoriale Variablen. Die Unterschiede wurden als signifikant
bewertet, wenn p <0,05 war. Neben den 12 Variablen wurden zusätzlich der Mitoseindex, der
Ki-67-Wert, der MIB-1, die Hormonrezeptoren und das Rezidiv- und
Metastasierungsverhalten zur weiteren Charakterisierung ausgewertet.
Die Ergebnisse zeigten einen statistisch signifikanten Unterschied zwischen dem SarkomScore-Wert der LMFD (-1,49) und der regelhaften LM (-3,68).
Variablen mit signifikanten Unterschieden waren: auffällige Sonografie (LM 9,8 %; LMFD
40,2 %), schnelles Wachstum (LM 19,9 %; LMFD 57,3 %), Tumordurchmesser (LM bei 5,4
cm; LMFD 8,0 cm), IMB (LM 10,9 %; LMFD 21,9 %), Postmenopause (LM 4,1 %; LMFD
10,2 %), HMB (LM 60,2 %; LMFD 41 %), Dysmenorrhö (LM 37,8 %; LMFD 19,2 %) und
andere Symptome ohne Blutungsbeschwerden (LM 49,3 %; LMFD 34,9 %).
Variablen ohne signifikante Unterschiede waren: mittleres Alter (LM 43,4 Jahre; LMFD 43,7
Jahre), PMB (LM 17,1 %; LMFD 8,3 %), Versagen vorangegangener Therapien (LM 4,1 %;
LMFD 3,4 %) und Solitärtumor (LM 40,4 %; LMFD 48,3 %).
Insgesamt wurde deutlich, dass LMFD häufiger als identischer Tumor aber auch öfter als
LMS rezidivieren, als bislang in der Literatur beschrieben. Insgesamt kam es bei 33 der 118
LMFD Patientinnen zu Rezidiven. Davon erhielten 28 primär eine inadäquate Operation. In 5
Fällen kam es auch nach adäquater Therapie zu Rezidiven.
Die Ergebnisse legen weiterhin nahe, dass es sich bei den LMFD, wie schon länger vermutet,
um Vorläufer eines LMS handelt. Die Daten zum Mitoseindex, Ki-67, MIB-1 und zum
Hormonrezeptorstatus unterstreichen diese Annahme.
Tatsächlich stehen LMFD auch klinisch und prognostisch zwischen den typischen LM und
den LMS. Da die Übergänge zwischen den Entitäten jedoch fließend sind und sich dies auch
in Überschneidungen der LMS-Score-Werte widerspielgelt, ist eine alleinige präoperative
Diskriminierung anhand von Einzelsymptomen und des LMS-Scores nicht eindeutig möglich.
Dennoch kann der LMS-Score den Verdacht auf ein LMFD lenken und sollte bei Bedarf
durch entsprechende weiterführende Diagnostik ergänzt werden. Die Therapie der Wahl, bei
Verdacht auf eine Variante des LM oder eines STUMP, ist daher analog zum LMS die totale
Hysterektomie ohne Tumor- bzw. Uterusverletzung.
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.
Der Schlaganfall hat Auswirkungen auf das Immunsystem. Die schlaganfallassoziierte Immunsuppression führt zu einer erhöhten Rate an Infektionen, was das Outcome für die Patienten verschlechtert. Die Abwehrfunktionen von Neutrophilen Granulozyten und Monozyten sind in diesem Zusammenhang beeinträchtigt. Bisher war weitgehend unklar, wie sich rtPA auf die Abwehrfunktionen von Neutrophilen Granulozyten und Monozyten auswirkt. Mithilfe der Blutproben von gesunden Spendern wurden Phagozytose, oxidativer Burst und NETose nach Inkubation mit rtPA untersucht. Während die Phagozytose und der oxidative Burst durch rtPA herabgesetzt waren, zeigte sich bezüglich der NETose kein Einfluss durch rtPA.
MPO und NE tragen entscheidend zur Funktion der Abwehrmechanismen von Neutrophilen Granulozyten und Monozyten bei. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass nach Inkubation mit rtPA die freigesetzte Menge von NE, nicht aber die von MPO zunimmt. rtPA hat keinen Einfluss auf die intrazellulär detektierte Menge beider Enzyme. Die Effekte von rtPA auf Phagozytose und oxidativen Burst scheinen somit NE- und MPO- unabhängig zu sein.
Nach dem Schlaganfall sind der oxidative Burst und die NETose bei Schlaganfallpatienten beeinträchtigt. MPO ist in Neutrophilen Granulozyten von Schlaganfallpatienten vermindert. Im Rahmen der hier durchgeführten Versuche konnte gezeigt werden, dass NE nach dem Schlaganfall intrazellulär nicht vermindert ist. Die Effekte des Schlaganfalls auf oxidativen Burst und NETose sind somit wahrscheinlich nicht abhängig von NE.
MPO und NE sind nach dem Schlaganfall vermehrt im Serum nachweisbar. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass nicht allein die erhöhte Zahl Neutrophiler Granulozyten nach dem Schlaganfall hierfür verantwortlich ist.
Die Frage, ob rtPA in vivo Einfluss auf MPO und NE hat, konnte nicht abschließend beantwortet werden und bedarf weiterer Klärung.
Insgesamt sollte die Rolle von rtPA als Immunmodulator bei der Therapie von Schlaganfallpatienten und in der Auswertung von entsprechenden Studien Berücksichtigung finden. Die Mechanismen der Schlaganfall-assoziierten Immunsuppression bedürfen weiterer Aufklärung.
Avian influenza viruses (AIVs) have their natural reservoir in wild aquatic birds but occasionally
spread to terrestrial poultry. While AIVs of subtypes H5 and H7 are well known to evolve highly
pathogenic avian influenza viruses (HPAIVs) during circulation in domestic birds, non-H5/H7
subtypes exhibit only a low to moderate pathogenicity. Furthermore, spillover events to a broad
range of mammalian hosts, including humans, with self-limiting to severe illness or even fatal
outcomes, were reported for non-H5/H7 AIVs and pose a pandemic risk. The evolution of high
virulent phenotypes in poultry and the adaptation of AIVs to mammalian hosts are predominantly
linked to genetic determinants in the hemagglutinin (HA). The acquisition of a polybasic cleavage
site (pCS) is a prerequisite for the evolution of HPAIVs in poultry, while changes in the receptor
binding preference and virus stability are essential for adaptation of AIVs to mammals.
In August 2012, an H4N2 virus with the pCS motif 322PEKRRTR/G329 but preserved trypsin
dependend replication and low pathogenicity in chickens was isolated on a quail farm in California.
In the first two publications, we followed different approaches to investigate virulence factors and
the potential risk for the transition of H4N2 to high virulence in chickens. The loss of N-terminal
glycosylations in the vicinity of the pCS resulted in decreased binding to avian-like receptors and
dramatically decreased virus stability. On the other hand, one deglycosylation increased virus
replication and tissue tropism in chicken embryos but did not alter virulence or excretion in
chickens. Furthermore, additional basic amino acids in the natural pCS motif improved the trypsin-independent
cleavage of HA and caused slightly increased tissue tropism in chickens. However,
the engineered motifs alone did not affect virulence in chickens. Intriguingly, they even had a
detrimental effect on virus fitness, which was restored after reassortment with segments of HPAIV
H5N1. Together, the results show the importance of HA glycosylations on the stability of H4N2 and
reveal the important role of non-HA segments in the transition of this virus to high virulence in
poultry.
The transmission of another non-H5/H7 AIV of subtype H10N7 from birds to seals resulted in mass
deaths in harbor seals in 2014 in northern Europe. The third publication describes nine mutations
in the HA1 subunit of seal isolates compared to avian H10Nx viruses. We found that some of these
mutations conferred a dual specificity for avian and mammalian receptors and altered
thermostability. Nevertheless, the H10N7seal remained more adapted to avian host cells, despite
of the alteration in the receptor binding specificity.
Altogether, this thesis demonstrates that naturally evolved AIVs beside H5 and H7 subtypes
support a highly pathogenic phenotype in the appropriate viral background and alter virulence and
host receptor specificity by few amino acid substitutions in the HA. These findings improve our
knowledge of the potential of non-H5/H7 AIVs to shift to high virulence in birds and the adaptation
in mammals.
Chronic alcohol abuse is one of the most common addictions and one of the most substantial public health problems as it affects millions of people physically as well as mentally around the world. Globally more than 3 million deaths are assignable to alcohol intake each year. Chronic alcoholism is a multi-component disease and its development is associated with both environmental as well as genetic factors. However, the key mechanisms underlying an addiction, especially on a cellular and physiological basis, are still unknown. Bio-medically an influence of chronic alcohol consumption on synaptic plasticity in the brain of humans as well as rodents has been proven.
On the dendritic shaft of nervous brain cells, small membrane protrusions called dendritic spines can be found. These spines possess the capacity to change their morphology and quantity and are thought to play an important role in learning and memory forming, and seem to be impaired in multiple neurological disorders. These dynamics are called synaptic plasticity. Most of these studies however, were carried out on the cortex. These previous observations raise the question whether such alterations in synaptic plasticity can also be observed in regions of the brain that contribute to the limbic system and therefore to the processing of emotional responses, learning and decision making. The amygdala is of special interest when trying to understand the neurobiology and pathophysiology that lead to the emergence and up keeping of an alcohol addiction. In this thesis a closer look has been taken at possible alterations in synaptic plasticity within different amygdaloid nuclei by the help of a rat model. These rats were put into the so called postdependent state, one of the most common animal models to investigate excessive ethanol intake in rodents. The postdependent state is a model in which the key driving force to obtain alcohol as part of a preserved addiction cycle is based on negative affect. Studies showed differences in the behavioural outcome of those animals that were exposed to chronic intermittent alcohol consumption compared to a control group, so it was of special interest to see whether those behavioural changes also show on a cellular basis.
In the study, a morphological comparison of the spine length as well as the spine density of alcohol dependent rats with a comparable control group has been made. The medial, the central, the lateral and the basolateral amygdaloid nucleus were of special interest in this research project.
The results showed no significant difference of the spine densities in any of the four amygdaloid regions. When comparing the spine morphology within the ethanol and the control group, differences showed in the lateral amygdaloid nucleus. In this region the spines of the ethanol group were significantly smaller. This leads to the conclusion that chronic alcohol intake can have an influence on the spine morphology and hence alter anatomical brain structures.
Der Transkriptionsfaktor ChREBP ist ein zentraler Regulator des Fett- und Glukosestoffwechsels
und wird insbesondere in der Leber intensiv erforscht. Allerdings ist seine Rolle in
der Niere, die maßgeblich an der Glukose-Homöstase beteiligt ist und einen wichtigen Ort
der Glukoneogenese darstellt, noch weitgehend unerforscht.
Zentrales Ziel dieser Arbeit ist es, im Rahmen des hepatischen Pankreasinseltransplantationsmodells
die Auswirkungen eines Diabetes mellitus und eines Fehlens des Transkriptionsfaktors
CHREBP auf das renale Tubulusepithel anhand von Wildtyp- und ChREBPKnockout-
Mäusen über einen Versuchszeitraum von drei bzw. sechs Monaten zu evaluieren.
Dazu wurden die tubuläre Glykogenspeicherung in Form von Glykogenspeicherkernen und
Armanni-Ebstein-Läsionen, die Proliferationsaktivität des renalen Tubulusepithels sowie das
Auftreten von renalen Tumoren untersucht.
Das Vorliegen eines Diabetes mellitus führt in der Niere der Wildtyp-Mäuse zu einer tubulären
Glykogenakkumulation, die durch einen ChREBP-Knockout deutlich verstärkt wurde.
Diese Glykogenspeicherung fehlte bei nicht diabetischen Tieren völlig. Gleichzeitig ließ sich
bei diabetischen Wildtyp-Tieren eine zum Teil erhöhte Proliferationsaktivität sowie das Auftreten
von Nierentumoren beobachten. Das Ausschalten des Transkriptionsfaktors ChREBP
führte nicht nur zu einem vermehrten Auftreten von Glykogenspeicherkernen und Armanni-
Ebstein-Läsionen, sondern resultierte auch in einem deutlich gesteigertem Vorkommen von
renalen Tumoren. Diese Tumoren traten hier auch ohne das gleichzeitige Vorliegen eines
Diabetes mellitus auf. Auch die Proliferationsaktivität der Tubulusepithelien war bei den
ChREBP-Knockout-Mäusen gesteigert.
Somit führt ein Diabetes mellitus, insbesondere bei einem gleichzeitigem Knockout von
ChREBP, zu einer Akkumulation von Glykogen innerhalb der renalen Tubulusepithelien
und fördert die Entstehung von Tumoren in der Niere bei Mäusen. Auch ein Knockout von
ChREBP scheint- unabhängig vom Vorliegen eines Diabetes- einen fördernden Einfluss auf
die renale Tumorgenese zu haben. Allerdings sind die daran beteiligten Mechanismen noch
weitgehend unbekannt. Daher sollte die Rolle von ChREBP und die Bedeutung der diabetisch
bedingten tubulären Veränderungen in Form der Glykogenspeicherkerne und Armanni-
Ebstein-Läsionen
The aim of this study has twofold. First, to investigate characteristics of paediatric patients seeking emergency dental care and the according treatment in a specialised dental service. The second aim, to propose a data-based guidance for management of dental emergency in children including pain management without traumatizing the child and with a clear differentiation of dental emergency patients.
Records of the demographic and clinical characteristics of 332 children (mean age 8.2 ±4.2 years) who attended the Department of Preventive and Paediatric Dentistry at the University of Greifswald in 2018 without an appointment seeking emergency dental care were collected. Statistical analysis was carried out using descriptive statistics and Chi-square tests. Based on the data a proposal for management of emergency/pain patients was performed.
Pain patients were high caries risk children (mean: 4.59 ±3.65 dmft, 1.65 ±2.73 DMFT). The main clinical diagnoses of pain patients in all different age groups were dental caries and caries-related complications such as reversible and irreversible pulpitis or periapical periodontitis (63.6%), while dental trauma contributed (8.4%). In general, the most frequent treatment was extraction (41.0%), most of these extractions needed to be rendered under either nitrous oxide sedation or general anaesthesia (57.3%).
This study has shown a clear association between the dental emergency management plan (delay of the dental treatment) and other factors such as, the required treatment (invasive or not invasive) P < 0.05, the need of sedation P < 0.05 and child’s previous dental experience (first visit to the dental clinic) P < 0.001. Most of the extraction procedures were not rendered immediately in the emergency/pain visit, rather they were delayed to be performed in the next treatment session (70%), with the majority of these procedures planned to be rendered under sedation. On the other hand, most of the restorations (65.5%) were performed in the emergency/pain visit, with need of sedation for only (8.3%) of these procedures. In addition, the majority of treatments of children who were visiting the dental clinic for the first time were postponed (71.6%; n=63). The correlation analysis shows a higher tendency to postpone the treatment when the required treatment is invasive, need to be rendered under sedation or when
it was the child’s first visit to the dental clinic. These findings indicate the strong impact of child’s cooperation on the emergency management plan.
Based on these data the guidance for management of peadiatric dental emergency patients was developed including pain management without causing negative affect of the child’s future cooperation
Die vorliegende Arbeit bietet aus wissenschaftlicher Sicht zahlreiche Diskussionspunkte. Zum einen ist in der aktuellen Forschung ein wachsendes Interesse zum Thema chronische Schmerzen zu beobachten. Zum anderen steigen die Nachfrage und das Angebot an alternativen Heilmethoden, wie Akupunkturverfahren rasant an. Die Studie konzentriert sich auf die Indikation Akupunktur bei chronischen Rückenschmerzpatienten und bietet damit Anlass, auch den volkswirtschaftlichen Aspekt von chronischen Schmerzpatienten genauer zu beleuchten.
Der theoretische Teil der Arbeit soll neben definitorischen Aspekten und inhaltlichen Prinzipien vor allem einen Überblick über die aktuelle Literatur und die thematischen Gegenstandsbereiche geben, aus denen in den folgenden Kapiteln der Fragebogen abgeleitet wurde.
Zunächst werden im ersten Teil Aspekte zum Thema Schmerz genauer definiert und beleuchtet. Anschließend wird im zweiten Teil die Therapie bei chronischen Rückenschmerzen, der Themenbereich der Inanspruchnahme und das Ansehen alternativer Methoden in der Medizin diskutiert. Der letzte Abschnitt des theoretischen Hintergrundes wird der Akupunktur gewidmet.