Refine
Year of publication
- 2013 (202) (remove)
Document Type
- Doctoral Thesis (184)
- Article (17)
- Conference Proceeding (1)
Has Fulltext
- yes (202)
Is part of the Bibliography
- no (202)
Keywords
- - (18)
- Apoptose (5)
- Plasma (5)
- Sepsis (5)
- Parodontitis (4)
- Plasmaphysik (4)
- apoptosis (4)
- Autoantikörper (3)
- Bakterien (3)
- Hitzeschock-Proteine (3)
Institute
- Institut für Physik (16)
- Institut für Diagnostische Radiologie und Neuroradiologie (12)
- Institut für Hygiene und Umweltmedizin (12)
- Kliniken und Polikliniken für Innere Medizin (11)
- Institut für Pharmazie (10)
- Institut für Pharmakologie (8)
- Institut für Biochemie (7)
- Klinik und Poliklinik für Chirurgie Abt. für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie (7)
- Institut für Geographie und Geologie (6)
- Institut für Mikrobiologie - Abteilung für Genetik & Biochemie (6)
Publisher
- S. Karger AG (8)
- IOP Publishing (6)
- Frontiers Media S.A. (3)
- De Gruyter (1)
The focus of the first two articles was the engineering and application of enzymes for the conversion of the bio-based resources glycerol and its oxidation product glyceraldehyde for the production of the value added product glyceric acid. Article III focuses on the cloning, exploration and engineering of a polyol dehydrogenase, which later on was used as cofactor recycling system in order to produce ε-caprolactone from cyclohexanol as presented in arti-cle IV. The following paragraphs will give a short outline of each article. ARTICLE I: ASYMMETRIC SYNTHESIS OF D-GLYCERIC ACID BY AN ALDITOL OXIDASE AND DIRECTED EVOLUTION FOR ENHANCED OXIDATIVE ACTIVITY TOWARDS GLYCEROL. GERSTENBRUCH, S., WULF, H., MUßMANN, N., O’CONNELL, T., MAURER, K.-H. & BORNSCHEUER, U. T. (2012). Appl. Microbiol. Biotechnol. 96, 1243-1252. The alditol oxidase of Streptomyces coelicolor A3(2) (AldO) was used to catalyze the oxida-tion of glycerol to glyceraldehyde and glyceric acid. The enantioselectivity for the FAD-de-pendent glycerol oxidation was elucidated and different strategies were used to enhance the substrate specificity towards glycerol. Directed evolution by error-prone PCR led to an AldO double mutant with 1.5-fold improved activity for glycerol. Further improvement of activity was achieved by combination of mutations, leading to a quadruple mutant with 2.4-fold higher specific activity towards glycerol compared to the wild-type enzyme. In small-scale biotransformation concentrations up to 2.0 g•l-1 D-glyceric acid could be reached using whole cells. Investi¬gation of the effects of the introduced mutations led to a further identification of es¬sential amino acids with respect to enzyme functionality and structural stability. ARTICLE II: KINETIC RESOLUTION OF GLYCERALDEHYDE USING AN ALDEHYDE DEHYDROGENASE FROM DEINOCOCCUS GEOTHERMALIS DSM 11300 COMBINED WITH ELECTROCHEMICAL COFACTOR RECYCLING. WULF, H., PERZBORN, M., SIEVERS, G., SCHOLZ, F. & BORNSCHEUER, U. T. (2012). J. Mol. Catal. B Enzym. 74, 144-150. Two aldehyde dehydrogenases (ALDH) from Escherichia coli BL21 and Deinococcus geother-malis were cloned, characterized and evaluated according to their applicability for a bio-catalysis setup with electrolytic cofactor recycling. Both ALDHs turned out to have a sim¬ilar substrate scope and favor short to medium chain aldehydes and both oxidize glyceralde¬hyde to D-glyceric acid. The ALDH variant of D. geothermalis shows higher specific activity towards glyceraldehyde and has an elevated optimum temperature compared to the BL21 enzyme. Due to the higher specific activity of the ALDH of D. geothermalis, this enzyme was used to conduct a kinetic resolution of glyceraldehyde with electrolytic NAD+ recycling at a glassy carbon foam electrode with ABTS as redox mediator yielding in 1.8 g•l-1 glyceric acid. ARTICLE III: PROTEIN ENGINEERING OF A THERMOSTABLE POLYOL DEHYDROGENASE. WULF, H.*, MALLIN, H.*, BORNSCHEUER U.T. (2012). Enzyme Microb. Technol. 51, 217-224 (*equally contributed). The new enzyme polyol dehydrogenase PDH-11300 from D. geothermalis was extensively characterized regarding its temperature optimum and thermostability. A peptide stretch responsible for substrate recognition from the PDH-11300 was substituted by this particular stretch of a homolog enzyme, the galactitol dehydrogenase from Rhodobacter sphaeroides (PDH-158), resulting in a chimeric enzyme (PDH-loop). The substrate scopes were deter-mined and basically the chimeric enzyme represented the average of both wild-type en-zymes. A rather unexpected finding was the notably increased T5060, by 7°C to 55.3°C, and an increased specific activity against cyclohexanol. Finally, the cofactor specificity was suc¬cess-fully altered from NADH to NADPH by an Asp55Asn mutation, which is located at the NAD+ binding cleft, without influencing the catalytic properties of the dehydrogenase. ARTICLE IV: A SELF-SUFFICIENT BAEYER-VILLIGER BIOCATALYSIS SYSTEM FOR THE SYNTHESIS OF Ɛ-CAPROLACTONE FROM CYCLOHEXANOL. MALLIN, H. *, WULF, H. *, BORNSCHEUER U.T. (2013). Enzyme Microb. Technol., online, DOI: 10.1016/j.enzmictec.2013.01.007 (*equally contributed). The application of the engineered PDH-loopN mutant [1] (Article III) for the production of ε-caprolactone from cyclohexanol was investigated in a co-immobilization approach with the cyclohexanone monooxygenase from Acinetobacter calcoaceticus. Biotransformation with solubilized enzymes led to an isolated yield of 55% pure ε-caprolactone with no residual cy-clohexanol to be detected. During the immobilization experiments a higher enzyme ratio in favor of the CHMO led to higher reaction velocities. Similarly, the addition of soluble fresh CHMO during reuse of co-immobilization batches significantly increased the activity identi-fying the CHMO as the bottleneck in this reaction setup.
Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Erzeugung von edelmetallfreien Katalysatoren für die Sauerstoffreduktion in Brennstoffzellen. Dabei wird ein neuartiger, dualer Plasmaprozess entwickelt, aufgebaut und die so-erzeugten Schichten mit verschiedenen elektrochemischen (CV, RDE und RRDE) und strukturanalytischen Methoden (SEM, EDX, IR, XPS, Leitfähigkeit, XRD, NEXAFS, EXAFS und TEM) untersucht. Auf diese Weise ist es erstmalig gelungen edelmetallfreie Katalysatoren mit einem Plasmaprozess herzustellen, ohne dass eine zusätzliche Pyrolyse benötigt wird. Die katalytische Aktivität der Schichten ist außerdem deutlich höher als die von rein chemisch hergestellten Metall–Polypyrrol-Schichten.
Nano-size silver and copper clusters were produced with a DC magnetron-based gas aggregation source. The typical mass of the studied clusters was in the range of 10000 atoms for copper clusters, and in the range of 1000 atoms for silver clusters. The processes of cluster formation, cluster charging and cluster flow were investigated. Technique for measurement of cluster ion velocity distribution functions was developed and applied. Influence of the magnetron target erosion on the mass spectra was systematically investigated and quantitatively characterized. Results of the present work include an experimental and theoretical investigation of the effects, which are of great importance for the production of cluster beams with the desired properties.
Moderne Arzneistoffentwicklungsprogramme erbringen in zunehmendem Maße schwer wasserlösliche Arzneistoffe. Dies bringt pharmazeutisch-technologische und biopharmazeutische Probleme für deren Formulierung mit sich. Eine ausreichende Löslichkeit ist notwendig für die Herstellung von intravenös zu applizierenden Zubereitungen und die Durchführung von in vitro Untersuchungen z.B. im Rahmen der Arzneistoffentwicklung. Eine schlechte Löslichkeit kann die Resorption verzögern und so die Bioverfügbarkeit von oral verabreichten Arzneistoffen beeinträchtigen. Lösungsvermittler bieten eine Möglichkeit, die Wasserlöslichkeit von Arzneistoffen zu verbessern und finden breite Anwendung in vielen zugelassenen Arzneimitteln und v.a. in der präklinischen und klinischen Entwicklung. Trotz des Anspruchs der pharmakologischen Inaktivität wurde in der Literatur für verschiedene Lösungsvermittler jedoch ein Einfluss auf die Pharmakokinetik von Arzneistoffen beschrieben. Die Absorption, Verteilung und Elimination eines Arzneistoffes wird zu großen Teilen von Transportproteinen und metabolisierenden Enzymen bestimmt. Als Ursache für die pharmakokinetischen Veränderungen wurde eine Interaktion der Hilfsstoffe mit dem Effluxtransporter P-Glykoprotein (ABCB1) und dem metabolisierenden Enzym Cytochrom P450 (CYP) 3A4 erkannt. Zum Einfluss auf Aufnahmetransporter gab es bisher nur wenige Erkenntnisse für Cremophor EL. Da sie dem Metabolismus und Efflux vorgelagert sind, spielen Aufnahmetransporter eine besondere Rolle. Daher gab es einen speziellen Bedarf an Wissen über den Einfluss von Lösungsvermittlern auf Aufnahmetransporter. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der Lösungsvermittler Polyethylenglykol (PEG) 400, Hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPCD), Solutol HS15 (SOL) und Cremophor EL (CrEL) auf die Aufnahmetransporter organic anion transporting polypeptide (OATP) 1A2, OATP1B1, OATP1B3, OATP2B1 und Na+ / taurocholate cotransporting polypeptide (NTCP) an zellulären Transportermodellen untersucht. PEG 400 hemmte selektiv OATP1A2. HPCD hemmte bei allen Transportern nur die Aufnahme von Substraten mit Sterangrundgerüst vermutlich durch Komplexbildung, stimulierte jedoch die NTCP-abhängige Aufnahme von Bromosulfophthalein (kein Steran). SOL und CrEL hemmten alle Transporter. Für OATP1B1 und NTCP (Hemmung oberhalb der kritischen Mizellbildungskonzentration (CMC)) ist ein mizellares trapping als Ursache wahrscheinlich. Für OATP1A2, OATP1B3 und OATP2B1 (Hemmung unterhalb der CMC) müssen spezifische Mechanismen involviert gewesen sein. Pharmakokinetische Interaktionen mit Hilfsstoffen können also auch auf Ebene der Aufnahmetransporter stattfinden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die in vivo Relevanz der Befunde überprüft. In einer Studie wurde der Einfluss von PEG 400, HPCD und SOL auf die Pharmakokinetik der Modellarzneistoffe Paracetamol, Talinolol, Colchicin und Ciclosporin A nach intravenöser Applikation an Ratten untersucht. Dabei erwies sich keiner der Hilfsstoffe als vollständig inert. Es wurde eine Vielzahl unterschiedlicher Effekte beobachtet. Häufig traten Veränderungen in der AUC, der Halbwertzeit und der Verteilung auf. Grundsätzlich schienen alle in Frage kommenden Mechanismen auch in vivo eine Rolle zu spielen. Die in der Literatur beschriebene Hemmung von Effluxtransport und Phase I Metabolismus konnte bestätigt werden. Die in vitro beobachtete Hemmung von Aufnahmetransportern konnte in vivo belegt werden. Auch unspezifische Mechanismen wie Komplexbildung und mizellares trapping schienen in vivo relevant zu sein. Durch die Überlagerung verschiedener Mechanismen ergab sich jedoch ein sehr komplexes Bild, das sowohl von den Eigenschaften des jeweiligen Hilfsstoffes als auch von denen des Arzneistoffes geprägt war. Daher konnten in den meisten Fällen nur allgemeine Hypothesen zu den möglichen Ursachen der Interaktion aufgestellt werden. Aus demselben Grund ist keine Extrapolation der Daten auf andere Lösungsvermittler und Arzneistoffe im Sinne einer Vorhersage möglich, da die wenigsten Substanzen ausreichend gut charakterisiert sind. Dennoch lässt sich schlussfolgern, dass Lösungsvermittler ein gewisses Interaktions-potenzial besitzen, das sich nicht nur auf ABCB1 und CYP3A4 beschränkt. Damit können sie an Arzneimittelinteraktionen beteiligt sein. Diese Effekte sollten somit auch in der Arzneimittelentwicklung berücksichtigt werden.
Im Rahmen dieser Arbeit sollten Aptamere selektiert und charakterisiert werden, die an PF4 binden. PF4 ist ein kleines Cytokin, das aufgrund seiner Beteiligung an der Heparin induzierten Thrombozytopenie von gesteigertem klinischen Interesse ist und dessen biologische Funktion noch weitgehend unklar ist. Aptamere können aufgrund ihres breiten Anwendungsspektrums einen Beitrag leisten unbekannte Funktionen von Proteinen aufzuklären bzw. pathogene Effekte von Proteinen zu verhindern.Zu diesem Zweck wurden zwei unterschiedliche Selektionen durchgeführt. In einer ersten Selektion wurden die Bedingungen so angepasst, dass vor allem Sequenzen im Pool verblieben, die besonders große Komplexe mit PF4 bilden. Solch große Komplexe aus PF4 und Heparin stellen das Hauptantigen der HIT dar und durch strukturelle Untersuchungen könnten Vorhersagen getroffen werden, welche therapeutisch eingesetzten Aptamere potentiell immunogen wirken könnten. Nach Analyse der Sekundärstrukturen der erhaltenen Sequenzen durch Faltungsprogramme konnten neben stäbchenförmigen Sekundärstrukturen vor allem three- und four-way junctions als dominierende Sekundärstrukturmerkmale identifiziert werden. Auf Grundlage dieser Resultate wurde ein Modell entwickelt, wonach die Ausbildung großer Komplexe zwischen RNA und PF4 durch das Vorhandensein mehrerer Helices in einem Molekül RNA gefördert wird und dadurch große Netzwerke aus RNA und PF4 entstehen. Um einen Anhaltspunkt zu erhalten, welches der selektierten Aptamere eine erhöhte Neigung zur Komplexbildung aufweist, wurden die Bindungseigenschaften zunächst qualitativ im Gelshift-Assay bei erhöhten NaCl-Konzentrationen untersucht. Dabei kristallisierten sich fünf Aptamere heraus, die auch bei NaCl-Konzentrationen höher als die der finalen Selektionsrunde noch zur Bindung fähig waren.Diese Sequenzen wurden mittels Photonenkorrelationsspektroskopie untersucht um Aussagen zur Komplexgröße und Stabilität zu erhalten. Basierend auf den Ergebnissen der PCS erfolgte die Synthese zweier Derivate der vielversprechendsten Sequenz. Für alle drei Konstrukte konnte die Komplexbildung im Gelshift Assay nachgewiesen werden. In einer zweiten Selektion wurden die Bedingungen so gewählt, dass an deren Ende spezifisch bindende Aptamere erhalten wurden. Zunächst erfolgte ein Vergleich der Bindungseigenschaften der in dieser Selektion erhaltenen Aptamere mit denen der vorangegangenen Selektion. Dabei konnten deutlich Unterschiede mittels Gelshift-Analyse nachgewiesen werden. Zur Bestimmung der Dissoziationskonstanten wurde versucht einen eigenen Sensorchip aufzubauen unter Verwendung vonPolyethylenglykol. Auch dies führte nicht zum gewünschten Erfolg und führte dazu, dass versucht wurde die Dissoziationskonstanten durch Immobilisierung von PF4 zu bestimmen. Durch die Struktur von PF4, in der die Monomere nichtkovalent miteinander verbunden sind, gelang es wiederum nicht eine stabile Oberfläche zu generieren, wodurch sich die Verwendung des Biacors zur Bestimmung der Dissoziationskonstanten als ungeeignet herausstellte. Aus diesem Grund wurde versucht die Dissoziationskonstanten durch CD-Spektroskopie zu ermitteln. Nach Auswertung der Spektren konnte festgestellt werden, dass durch die Bindung der RNA an PF4 eine Strukturänderung im Protein induziert wird, durch die der Anteil antiparalleler β-Faltblätter zunimmt und der Anteil α-helikaler Bereiche und β-Turns abnimmt. Gleichzeitig wurde deutlich, dass sowohl spezifische- als auch elektrostatische Interaktionen einen Beitrag zur Bindung der Aptamere an PF4 leisten, wobei bei hohen Konzentrationen der Beitrag der elektrostatischen Wechselwirkungen überwiegt. Durch diese Kombination aus spezifischen und elektrostatischen Wechselwirkungen ist eine genaue Bestimmung der Dissoziationskonstanten nicht möglich und für die Aptamere konnte nur ein erster Anhaltspunkt, bestimmt werden.
In einem experimentellen Studienteil wurden Validität und Reproduzierbarkeit der elektronischen Farbmessung mittels eines Spektralphotometers überprüft. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass eine untersucherunabhängige Zahnfarbbestimmung möglich ist. Weiterhin konnte eine gute bis sehr gute Übereinstimmung zwischen den Untersuchern festgestellt werden. Aufgrund der erreichten Ergebnisse wurde das verwendete Farbmessgerät als geeignet eingestuft, um mögliche partielle Zahnfarbänderungen an Patienten mit einer Multibrackettherapie zu untersuchen. Dazu wurden Farbbestimmungen zu drei verschiedenen Messzeitpunkten vorgenommen. Die Zahnfarbe der Zähne 14 bis 24 wurde für das gingivale (S1) und mittlere Zahnsegment (S2) elektronisch mit dem Spektralphotometer bestimmt. Das Zahnsegment S2 umfasste die Klebeverbindung, im Zahnsegment S1 erfolgte keine Intervention. Als Messzeitpunkte wurden der Therapiebeginn, Entfernung des Multibracketes (T1) sowie drei Monate nach Multibracketentfernung (T2) definiert. Die Mulitbrackettherapie zeigte einen signifikanten Einfluss auf die untersuchten Zahnfarbparameter.Außerdem wurde klinisch die Übereinstimmung zwischen der visuellen und elektronischen Farbbestimmung geprüft. Beiden Messmethoden wurden zuvor unabhängig voneinander in einem experimentellen Studienteil geprüft und die Ergebnisse zeigen, dass die elektronische und die visuelle Farbbestimmung jeweils durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden.
Der Naturstoff Splitomicin war als selektiver Inhibitor (der Aktivität) der NAD+- abhängigen Histon-Desacetylase des Sir2-Proteins Ausgangspunkt der Untersuchungen, ist aber an humanen Enzymen inaktiv und aufgrund der im menschlichen Körper zu erwartenden Hydrolyse der Verbindung weder als Arzneistoff noch als Grundgerüst für Analoga geeignet. Da die Stabilität der Verbindung Voraussetzung dafür ist, dass die Verbindungen ihre Wirkung entfalten können, und eine Verschiebung der Selektivität hin zu humanen Enzymen beabsichtigt war, wurde im Rahmen dieser Arbeit Splitomicin zwar als Leitstruktur übernommen aber das heterocyclische Ringsystem auf der Grundlage von Struktur-Aktivitätsbeziehungen modifiziert. Der in Splitomicin enthaltene Sechsring des Pyranons wurde durch einen Fünfring ersetzt. Neben anellierten Imidazolonen wurden Imidazolthione und Chinolinimidazolthione dargestellt, um die Stabilität der Verbindungen gegenüber Hydrolyseeinflüssen zu erhöhen.
Durch die Einführung des pauschalisierten Entgeltsystems G-DRG-System ist der Kostendruck auf die Leistungserbringer im Gesundheitssystem stark gestiegen. Die Abrechnung anhand von diagnosebezogenen Fallgruppen (DRG), die eine Vergütung auf der Basis der mittleren Kosten in Deutschland (Kalkulationsstichprobe) gewährt, kann bei besonders aufwändigen Fällen in der Gastroenterologie eine Unterfinanzierung bedingen. In einer retrospektiven-prospektiven Vergleichsstudie haben wir untersucht, ob dies auch für das Krankheitsbild der dekompensierten Leberzirrhose zutrifft. Retrospektiv wurden 64 Fälle aus dem Jahr 2006 mit der Diagnose dekompensierte Leberzirrhose (ICD-Code K 76.4) hinsichtlich Liegedauer, Erlös sowie Child- und MELD-Score untersucht (Patientenalter 57 ± 12,9, Männer 69,2 %, Frauen 29,8 %). Im Jahr 2008 wurden 74 Fälle mit der Aufnahmediagnose dekompensierte Leberzirrhose in einer prospektiven Studie nach einem standardisierten evidenzbasierten Behandlungsplan behandelt (Patientenalter 57 ± 12,2; Männer 73 %, Frauen 27 %). Trotz eines Trends zur Reduktion der durchschnittlichen Verweildauer (retrospektiv: 13,6 ± 8,6, prospektiv 13,0 ± 7,2, p = 0,85) zeigte sich eine Unterdeckung der nach InEk ermittelten Arzneimittelkosten gegenüber der auf Grundlage des evidenzbasierten Behandlungsplans erhobenen Kosten. Der prozentuale Anteil der Arzneimittelkosten am Erlös stieg signifikant mit zunehmendem Schweregrad der Erkrankung an. Für beide Kalenderjahre konnte eine inverse Korrelation zwischen dem tagesbezogenen Erlös und dem klinischen Schweregrad belegt werden. Für eine kostendeckende stationäre Behandlung und Sicherung der Behandlungsqualität von Patienten mit dekompensierter Leberzirrhose ist eine Anpassung der Vergütung anhand etablierter Parameter wie Child- oder MELD-Score erforderlich.
Herpesviren weisen einen komplexen Replikationszyklus auf, innerhalb dessen die einzelnen Schritte der Morphogenese der Nachkommenviren in unterschiedlichen zellulären Kompartimenten ablaufen. Während die Kapsidmorphogenese und Genomverpackung im Zellkern der infizierten Zelle stattfinden, erfolgt die weitere Reifung zu infektiösen Virionen im Cytoplasma. Voraussetzung hierfür ist ein als nuclear egress bezeichneter Prozess, durch den die Kapside mittels eines envelopment-deenvelopment-Mechanismus an der Kernhülle Zugang zum Cytoplasma erhalten. Zielstellung der vorliegenden Arbeit war, mittels konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie eine geeignete live-cell imaging-Methodik zu entwickeln, mit der der Transport der Kapside durch die Kernhülle dargestellt werden konnte, um die Dynamik dieses Prozesses aufzuklären.
Prediction of high caries increment in adults – a 5-year longitudinal study from North-East Germany
(2013)
The aim of this study is to develop an easily applicable prediction model for high coronal caries increment in adults (20-79 years) from a representative sample (N=2,565) to identify a high risk-group for specific caries prevention. The data from SHIP-0 (1997-2001) and the 5-year follow-up SHIP-1 (2002-2006) is used for analyses. The oral health examination was conducted according to WHO criteria [1997]. The drop-out analysis reveals that drop-outs are significantly older, have a lower school education, are more frequently current smokers, but have a better self-perception of their teeth. The majority of the study-population (76%) has caries incidence in this 5-year period. Caries increment shows a polarized distribution, as the high caries increment group (≥9 surfaces in half-mouth, 11.4% of the sample) comprise 40% of the total increment. The variables male gender, age ≥40 years, lower school education or lower income, current smoking, pain-associated dental visit, baseline caries experience and a non-satisfying self-perception of teeth show a statistically significant influence on high caries increment. The prediction model allows a fair to good prediction on an epidemiological level for men (AUC=0.75). The factors smoking, school education and pain-associated visit only have a significant impact on the prediction of high caries increment in men. Due to very high caries prevalence and increment a population-based prevention in adults should be optimized first, before risk-group specific preventive programmes might be implemented.
Inflammation is an adaptive response that is triggered by noxious stimuli and conditions, such as infection and tissue injury. Neutrophils, eosinophils, monocytes, tissue macrophages and dendritic cells can all ingest bacteria, tissues debris and apoptotic cells after injury or infection. These cells derived from bone marrow progenitors, circulate in the blood and migrate to peripheral tissues. Macrophages produce and secrete a cascade of pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines, such as interleukin-6 (IL-6), IL-10, and IL-12 that are trafficked and secreted by constitutive exocytosis. IL-10 and IL-6 are known to be rapidly induced during infection and / or injury, which make them possible mediators of early phagocyte recruitment. This thesis work aimed at detailed investigation of role of these cytokines in peritoneal inflammation. Under normal physiological conditions peritoneal cavity of normal BALB/c mice contains mainly CD45+ lymphocytes and CD11b+ myeloid cells with typical macrophage phenotype. The resident peritoneal cells play an important role in organismal homeostasis by taking part in innate and adaptive immunity. To explore this in detail, the physiological properties of peritoneal resident macrophage populations were studied under steady state and during inflammation conditions. Upon rapid induction of sterile inflammation by thioglycollate or lipopolysaccharide, the resident peritoneal cells could no longer be recovered in a peritoneal wash 6h after treatment. During ceacal content (CC) peritonitis, these cells were lost even more rapidly. Neutrophils, monocytes and lymphocytes replace the resident peritoneal phagocyte populations. During sepsis the absence of peritoneal macrophages decreases neutrophils recruitment to the inflammatory site and subsequently increases sepsis. Upon peritoneal wash cell transfer, total peritoneal cells could be recovered from the peritoneum of non infected mice, whereas these cells disappeared after CC infection in mice. The fate of resident peritoneal cells and their migration into lymphoid organs such as omentum and parathymic lymph nodes was further studied following induction of peritoneal infection. The CC infection induced lost cells from peritoneum were emigrated into omentum and parathymic lymph nodes but not in mesenteric lymph nodes. R1 cells were mostly observed in parathymic lymph nodes after 72h of infection but not after 1h, whereas, R2 cells were selectively observed in omentum just 1h after infection and 72h as well. These results were further confirmed by adoptive transfer showing emigration of R2 cells into omentum 1h after infection. Additionally, analysis of cytokine production after CC peritonitis showed early production of IL-10 and IL-6, which is in agreement with earlier findings and further supports the importance of these cytokines in phagocyte recruitment. The role of IL-10, IL-6 and other cytokines as possible mediators of early inflammation and in the recruitment of monocytes, neutrophils or eosinophils to the peritoneum during inflammation was determined by cytokine application. The intraperitoneal application of IL-10 recruited monocytes, neutrophils, T cells, B cells and eosinophils to the peritoneum. However, IL-10 knockout mice showed even increased recruitment of leucocytes to the peritoneal cavity in CC infection suggesting their IL-10 independent recruitment with the exception of eosinophils. Even though eosinophils are effector cells which are recruited to the site of inflammation; during homeostasis eosinophils constitute an abundant leukocyte population in the gastrointestinal tract. Therefore, possible role of eosinophils in bacterial infection was further studied using Δdbl GATA mice which lack mature eosinophils. In the absence of eosinophils, the monocyte and neutrophil recruitment was unaffected after CC infection, while there was increased T and B cell recruitment at the same time. The Δdbl GATA mice also showed reduced production of IL-4, 18h after infection. The eosinophils secrete IL 4 which may induce alternative macrophage activation. These results together with cytokine administration and IL-10 ko mouse data suggest a novel and major role of IL-10 in attracting and in recruiting eosinophils after peritoneal infection. Altogether, present thesis work demonstrates a new aspect of IL-10 interaction with eosinophils in mouse peritoneal environment during peritonitis. It gives a new insight for understanding the possible role of eosinophils in modulating the peritoneal environment in resolution of bacterial infection and can be useful in designing new approaches for therapeutic strategies in combating sepsis and peritoneal inflammation.
Die motorische Leistungsfähigkeit nimmt mit steigendem Alter ab. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass cerebrale Mehraktivierungen, die bei älteren Menschen beobachtet werden, die altersbedingten Defizite kompensieren können. Jedoch ist nicht bekannt, ob gesteigerte Aktivierung — besonders in motorischen Regionen der kontralateralen und ipsilateralen Hemisphäre — effektiv zu motorischer Leistung beitragen oder ob diese Ausdruck einer ineffektiven Anpassung an altersbedingte Defizite des motorischen Systems sind und somit einer neuronalen Dedifferenzierung entsprechen. Wir untersuchten diese Frage in Gruppen von jungen und alten Probanden anhand unterschiedlich komplexer motorischer Paradigmen. Diese umfassten einfache Paradigmen (passive Bewegungsschiene, Faustschlussbewegungen in 1 Hz und in individuell maximaler Frequenz) sowie komplexe Paradigmen eines somatosensorisch geführten Fingerfertigkeitstests und einer visuellen Nachführaufgabe. In der Gruppe der älteren Probanden waren die Hirnaktiverungen generell gesteigert, vor allem in den primären und sekundären Arealen der ipsilateralen Hemisphäre. Die Gruppe der jungen Probanden zeigte fokussierte Mehraktivierungen im kontralateralen primär motorischen Kortex während des Fingerfertigkeitstests. Während des komplexen Paradigmas der Fingerfertigkeit war das Leistungsniveau der Gruppen vergleichbar. Korrelationen zwischen motorischer Leistung und den fMRT Aktivierungen wurden durchgeführt. Die älteren Probanden zeigten eine negative Korrelation in der ipsilateralen SMA und im ipsilateralen SM1. Die jungen Probanden zeigten eine positive Korrelation in der kontralateralen SMA und dem kontralateralem SM1. In der ersten Studie konnte gezeigt werden, dass die gesteigerte cerebrale Rekrutierung eine ineffektive Antwort auf eine altersbezogen gesteigerte Schwierigkeit der Aufgabe darstellt und nicht als effektiver Weg angesehen werden kann, altersbezogene Defizite des motorischen Systems zu überwinden. Eine weitere Gruppe von Probanden, die sich durch cerebrale Mehraktivierungen auszeichnen, sind Schlaganfallpatienten. Gesteigerte Aktivierungen sind dabei oft Ausdruck schlechter motorischer Restitution und mit schlechten Rehabilitationserfolgen assoziiert. Für die Vorhersage des Rehabilitations-Potentials nach Schlaganfall spielen sowohl die strukturelle als auch die funktionelle Integrität der absteigenden motorischen Bahnen eine gewichtige Rolle. Die zweite Studie untersuchte das Verhältnis zwischen Biomarkern cerebraler Bildgebung auf Ebene der Capsula interna in der kontra- und ipsilateralen Hemisphäre und der Handfunktion bei Schlaganfallpatienten, die eine fast vollständige Restitution der motorischen Funktion erfahren hatten. Die fraktionale Anisotropie und das Verhältnis der Bahnen in den Hemisphären des posterioren Schenkels der Capsula interna wurden durch diffusionsgewichtete MRT Messungen bestimmt. Die funktionelle Integrität der kortikospinalen Bahnen wurde mittels Transcranieller Magnetischer Stimulation (TMS) gemessen. Patienten mit geringer MEP-Amplitude zeigten hier eine abgeschwächte Handkraft und vermehrte Aktivierung des primär motorischen Kortex der betroffenen Hemisphäre. Bei einer Gruppe von chronischen Schlaganfallpatienten mit subkortikalen ischaemischen Insulten wurden mittels fMRT die Hirnaktivierungen während der Paradigmen einer passiven Bewegungsschiene und Faustschlussbewegungen in 1Hz und individuell maximaler Frequenz gemessen. Asymmetrische Verteilung der subkortikalen Bahnen zwischen den Hemisphären war mit schlechterer Handfertigkeit und mit gesteigerter Aktivierung des dorsalen Prämotorischen Kortex der kontraläsionalen Hemisphäre während der anspruchsvollen Handparadigmen assoziiert. Aus den Ergebnissen der Studie kann man die Möglichkeit einer vorteilhaften Reorganisation der ipsiläsionalen sekundär motorischen Regionen ableiten, die auf gesteigerte Anforderungen nach Affektion der kortikospinalen Bahnen durch subkortikale Schlaganfälle zurückzuführen ist.
Due to the wide range of reported prevalence of Molar-Incisor-Hypomineralisation (MIH) found in regional studies, the aim of this study was to determine the prevalence of MIH in school children at different areas in Germany and to compare the findings to other studies. In the compulsory dental school examination, the first permanent molars, permanent incisors and second primary molars were examined for the presence of MIH according to EAPD criteria (Lygidakis et al., 2010; Weerheijm et al., 2003) in 2395 children attending 2nd to 4th grade (mean age 8.1 ±0.8 years, range 7- 10 years) in four regions in Germany. Examinations were performed by five calibrated examiners (Kappa> 0.9) on clean teeth after brushing. The MIH prevalence at the four regions differed considerably (Düsseldorf 14.6 %, Hamburg 14.0 %, Heidelberg 6.0 %, Greifswald 4.3%) with a mean prevalence of 10.1 % (10.7 % boys, 9.5 % girls, χ2-test: p= 0.57). The caries prevalence was low in general, but children with MIH exhibited statistically significantly higher caries experience in the primary and permanent dentition (MIH group: dmft 2.0 ±2.5; DMFT 0.2 ±0.6; other children: dmft 1.5 ±2.2; DMFT 0.1 ±0.5; t-test: p= 0.001 and p< 0.001, respectively). The mean number of permanent teeth affected by MIH was 2.8 (±1.7). 12.0 % of the children with MIH also had at least one affected primary molar which resulted in a statistically significant correlation for MIH in primary and permanent teeth (p< 0.01, Spearmans correlation). Most of the affected teeth had demarcated opacities (81.2 %), but more than half of the affected children showed at least one tooth with a severe form of MIH characterized by breakdown of the tooth, atypical restorations or pain during brushing or eating. In conclusion, MIH is a clinically and epidemiologically relevant problem in German school children. The prevalence which is highly varying in different regions requires more research on the aetiology of MIH. The high rate of severe forms is of clinical concern. The findings of the present study stress the need for educating present and future dentists and pediatric specialists in MIH, as well as for developing public health policies for the prevention and adequate treatment of MIH.
Komplexe mit σ2P=C-Liganden wurden viel weniger untersucht als solche von Phosphanliganden und bieten damit einen Freiraum für die Suche nach neuen katalytischen Anwendungen von P(III)-Liganden. Darüber hinaus eröffnen Additionsreaktionen an die P=C-Bindung neue Synthesestrategien für Phosphanliganden. Zur Nutzung von 1H-1,3-Benzazaphospholen als P=C-Liganden bzw. Synthesebausteine wurden vereinfachte Synthesen für N-methylierte Benzazaphosphole sowie ein Zugang für die erstmalige Darstellung N-asymmetrisch substituierte Benzazaphospholeentwickelt, Basisschritte dieser Synthesen sind die Alkyl- und katalytische Arylaminierung, die katalytische Arylphosphonylierung, die Reduktion der entstehenden Phosphonsäureester mit LiAlH4 und anschließende Cyclokondensation mit Dimethylformamiddimethylacetal. Eine disproportionierende Cyclokondensation mit überschüssigem Paraformaldehyd erlaubt gleichzeitige N-Methylierung. Über polaritätsgesteuerte Reaktionen 2-unsubstituierter Benzazaphosphole mit tBuLi können Substitutionsreaktionen in 2-Position bzw. Additionen an die P=C-Bindung erreicht und funktionelle Gruppen eingeführt werden. Die Umsetzungen N-asymmetrischer Benzazaphosphole mit tBuLi in THF oder Et2O ergaben Mischungen der Produkte der direkten 2-CH-Lithiierung (P=CLi) und von Additionsprodukten an die P=C-Bindung. Eine Umstellung auf selektive CH-Lithiierung in THF oder Et2O wurde durch Zugabe von KOtBu erreicht, während regiospezifische Additionen zu den tBuP-CHLi-Spezies in Hexan/Et2O erzielt werden konnten. Zum Studium der Koordinationseigenschaften wurde vorwiegend das gut zugängliche 1-Neopentyl-1,3-benzazaphosphol eingesetzt. Zur Stabilisierung durch Rückbindung wurden Cu(I)- und Ag(I)-Benzazaphosphol-Komplexe mit d10-Elektronenkonfiguration synthetisiert. Bei einem Einsatzmolverhältnis des Benzazaphosphols (L) zu MX 1:1 werden L2MX-Komplexe (X = Cl, Br) gebildet, bevorzugt mit µ-X-Brücken und zwei terminalen Liganden L. Für L2CuBr wurde auch eine isomere dimere Struktur mit terminalem Bromid und einem µ-gebundenen Benzazaphosphol gefunden. Die NMR-Spektren zeigten generell, typabhängig mehr oder weniger stark, Hochfeldkoordinationsverschiebung des 31P-Signals und damit Rückbindungen an. Die Labilität der Komplexe sorgte für breite Signale, insbesondere in den 31P-NMR-Spektren. Durch analoge spektrale Änderungen konnte auch für HgCl2 Komplexbildung mit Neopentylbenzazaphosphol nachgewiesen werden. Mit 2-(o-Diphenylphosphanyl-phenyl)benzazaphosphol konnten Mo(CO)4- und HgCl2-P,P´-Chelatkomplexe erhalten werden. Kristallstrukturanalysen zeigten, dass Mo(0) nur relativ schwach aus der Ringebene ausgelenkt koordiniert wird, Hg2+ jedoch nahezu senkrecht und nur noch schwach. Ein kationischer d8-Rh(I)(COD)-Komplex mit einem anderen P,P´-Phosphanylbenzazaphosphol-Liganden erwies sich als instabil und addierte Wasserspuren an die P=C-Bindung. Die aus (Neopentylbenzazaphosphol)W(CO)5 und AgSbF6 gebildeten labilen LW(CO)5/Ag+ SbF6−-Komplexe erwiesen sich als sehr effektive Katalysatoren für Ringöffnungspolymerisationen sowie auch Copolymerisationen von Tetrahydrofuran, Oxetan und Epoxiden. Die über die Additionsreaktionen von tBuLi und nachfolgende Umsetzung mit CO2 zugänglichen Dihydrobenzazaphosphol-2-carbonsäuren bilden mit Ni(COD)2 sehr aktive Katalysatoren für die Bildung wachsartiger linearer Ethylenpolymere mit Methyl- und Vinylendgruppen.
Reactive oxygen species (ROS) can damage all cellular macromolecules and also produce secondary reactive intermediates, like reactive electrophilic species (RES) that include quinones or aldehydes. Low molecular weight (LMW) thiols are small thiol-containing compounds that play essential roles in the defense against ROS and RES in all organisms. The best studied LMW thiol is the tripeptide glutathione (GSH). Firmicutes bacteria including Bacillus und Staphylococcus species have been recently discovered to utilize the redox buffer bacillithiol (BSH). LMW thiols function as redox buffers to maintain the reduced state of the cytoplasm. Under conditions of oxidative stress, LMW thiols also react with protein thiols to form mixed LMW thiol – protein disulfides, termed S-thiolations, as major protection mechanism. Investigating the role of BSH in oxidative stress response and ROS-induced S-thiolations in Firmicutes bacteria was one subject of this PhD thesis. Specifically, the regulatory mechanisms and post-translational thiol-modifications in response to NaOCl stress were studied in the model bacterium for low-GC Gram-positive bacteria Bacillus subtilis. The transcriptome profile after NaOCl stress was indicative of disulfide stress and overlapped strongly with the response to diamide. NaOCl stress caused induction of the thiol- and oxidative stress-specific Spx, CtsR, PerR and OhrR regulons. Thiol redox proteomics identified only few NaOCl-sensitive proteins with reversible thiol-oxidations. Using mass spectrometry, eleven proteins were identified that were oxidized to mixed BSH protein disulfides (S-bacillithiolated) in B. subtilis cells after NaOCl-exposure. Methionine synthase MetE is the most abundant S-bacillithiolated protein in B. subtilis and other Bacillus species after NaOCl exposure. S-bacillithiolation of OhrR repressor leads to upregulation of the OhrA peroxiredoxin that confers together with BSH specific protection against NaOCl. S-bacillithiolation of MetE, YxjG, PpaC, and SerA causes hypochlorite-induced methionine starvation as supported by the induction of the S-box regulon. To further assess the conservation of targets for S-bacillithiolations in other Firmicutes bacteria, we studied the S-bacillithiolomes of Bacillus megaterium, Bacillus pumilus, Bacillus amyloliquefaciens, and Staphylococcus carnosus under NaOCl stress conditions. In total, 54 S-bacillithiolated proteins were identified, including 29 unique proteins and 8 conserved proteins involved in amino acid and cofactor biosynthesis, nucleotide metabolism, translation, protein quality control, redox and antioxidant functions. Together our data support a major role of BSH redox buffer in redox control and thiol protection of conserved and essential proteins against irreversible oxidation by S-bacillithiolations in Firmicutes bacteria. In response to ROS and RES, bacteria also activate the expression of antioxidant and detoxification enzymes, such as catalases, peroxidases, thiol-dependent peroxiredoxins and other specific oxidoreductases to detoxify ROS and RES. These defense mechanisms are often controlled by redox-sensitive transcription factors. B. subtilis encodes redox-sensing MarR-type regulators belonging to the OhrR and DUF24-families that are conserved among bacteria. Hence, we were further interested in this PhD thesis to study at the molecular and structural level the redox-sensing mechanisms of novel redox-sensing MarR/DUF24-type regulators in B. subtilis. We have characterized the regulatory mechanisms of HypR, YodB and CatR that sense and respond to hypochlorite, diamide and quinones stress. HypR is the first DUF24-family regulator whose crystal structure was resolved. HypR senses specifically disulfide stress and controls positively expression of the flavin oxidoreductase HypO after NaOCl and diamide stress. HypR resembles a 2-Cys-type regulator with a reactive nucleophilic N-terminal Cys14 and a second C-terminal Cys49. Besides HypR, B. subtilis encodes further MarR/DUF24-family members including the paralogous YodB and CatR repressors that sense quinones and diamide. YodB controls the azoreductase AzoR1, the nitroreductase YodC, and the Spx regulator. YodB resembles a 2-Cys-type MarR/DUF24-family regulator with three Cys residues (Cys6, Cys101, and Cys108) that form intermolecular disulfides in vivo under oxidative stress. YodB and its paralog CatR were further identified as repressors of the catDE operon encoding a catechol-2,3-dioxygenase that also contributes to quinone resistance. Although CatR is a 1-Cys-type regulator, our data showed that CatR also forms intermolecular disulfide in response to diamide and quinones in vitro. Thus, HypR, YodB and CatR are controlled by 2-Cys-type thiol-disulfide redox switches to sense disulfide and RES stress conditions, and to control specific RES detoxification enzymes.
Zur Eignung von Gd-EOB-DTPA zur Visualisierung des Transportes von Arzneimitteln zum Ort der Wirkung
(2013)
Gadolinium-Ethoxybenzyl-Diethylentriaminpentaessigsäure (Gd-EOB-DTPA) ist ein leberspezifisches Magnetresonanztomographie (MRT)-Kontrastmittel. Es ist ein häufig in der Klinik eingesetztes Diagnostikum bei fokalen Leberläsionen. Im Vergleich zu anderen Gadolinium-haltigen Kontrastmitteln wird Gd-EOB-DTPA spezifisch von gesunden Hepatozyten aufgenommen. Somit ist es bei der Erkennung von hepatischen Tumoren von großer Bedeutung. Nach einer Bolusinjektion wird Gd-EOB-DTPA bis zu 50% über die Galle und 50% über die Nieren ausgeschieden. Die Mechanismen der hepatischen Aufnahme und der biliären Elimination sind bisher nur unzureichend verstanden. Ein weiterführendes Verständnis ist aber auch nötig, um die großen interindividuellen Unterschiede der Leberanreicherung von Gd-EOB-DTPA bei Patienten zu erklären und auch mögliche Arzneimittelinteraktionen vorhersagen zu können. Deswegen war das Ziel der vorliegenden Dissertation, erstens die Transportmechanismen des Kontrastmittels in in vitro Experimenten und dabei sowohl die Aufnahme- also auch die Effluxtransporterproteinen zu untersuchen. Zweitens wurde ein Tierexperiment in Wildtyp- und Abcc2-definzienten Ratten durchgeführt, um die Mechanismen der hepatobiliären Elimination von Gd-EOB-DTPA zu untersuchen und den intestinalen Arzneimitteltransportweg mit Hilfe des bildgegebenden Verfahrens MRT zu visualisieren. Diese in vitro-Untersuchungen zeigten, dass Gd-EOB-DTPA ein Substrat der leberspezifischen Transporter OATP1B1, OATP1B3 und NTCP, aber nicht des ubiquitären OATP2B1 ist. Hiermit kann die hohe Leberspezifität des Kontrastmittels erklärt werden. In vitro wurde Gd-EOB-DTPA von allen genetischen Varianten des OATP1B1 mit unterschiedlichen Km-Werten aufgenommen, wobei die *1b Variante eine signifikant erhöhte Transportkapazität im Vergleich zum Wildtyp (WT) zeigte. Allerdings sieht man bei OATP1B1*5 (nicht signifikant) und *15 (signifikant) eine verringerte Aufnahme von Gd-EOB-DTPA. Bei OATP1B3, zeigte die Variante p.233Ile eine signifikant niedrigere Substrat-Affinität in vitro. Gd-EOB-DTPA wurde über den Polymorphismus p.112Ala/233Ile mit einer signifikant niedrigeren Transportaktivität aufgenommen im Vergleich zum WT. Nach intravenöser Applikation von Gd-EOB-DTPA in Wildtyp- und Abcc2-defizienten Ratten wurde gezeigt, dass Abcc2 eine zentrale Rolle für die hepatobiliäre Ausscheidung von Gd-EOB-DTPA spielt. Gleichzeitig wurde gezeigt, dass bei Abcc2-defizienten Ratten die Ausscheidung des Kontrastmittels vollständig über die Nieren kompensiert wird. In Abcc2-defizienten Ratten ist die Expression des in der basolateralen Membran der Hepatozyten exprimierten Effluxtransporters Abcc3 signifikant erhöht. In vitro konnte eine konzentrationsabhängige Aufnahme von Gd-EOB-DTPA in ABCC2- bzw. ABCC3-enthaltende inside-out Vesikel dargestellt werden. Abcc3 könnte ein Kandidat für den Rücktransport von Gd-EOB-DTPA aus den Hepatozyten ins Blut sein. ABCC2 und ABCC3 sind auch im Darm exprimiert. Da Gd-EOB-DTPA ein Substrat von ABCC2 und ABCC3 ist, wurde untersucht, ob das Kontrastmittel auch im Darm absorbiert wird und somit die Absorption von Arzneimitteln visualisiert werden könnte. Nach oraler Gabe wurde Gd-EOB-DTPA im Darm der Ratten hinreichend absorbiert (Bioverfügbarkeit 17%). Für den intestinalen Efflux scheint ABCC2 von großer Bedeutung zu sein. Denn nach oraler Applikation stieg die Bioverfügbarkeit von Gd-EOB-DTPA in Abcc2-defizienten Ratten von 17% auf 25%. Zusammenfassend konnte die vorliegende Dissertation verdeutlichen, dass Gd-EOB-DTPA ein in vitro-Substrat der leberspezifischen Transporter OATP1B1, OATP1B3 und NTCP ist und auch von OATP1A2, ABCC2 und ABCC3 prozessiert wird. Der Arzneistoff ist somit ein gutes Beispiel für das komplexe Wechselspiel von intestinalem und hepatischem Aufnahme- und Effluxtransport, welcher für zahlreiche Stoffe bereits gut etabliert ist (z.B. Statine, Ezetmib). Es konnte gezeigt werden, dass die leberspezifische Aufnahme von Gd-EOB-DTPA über OATP1B1 und OATP1B3 realisiert wird, wohingegen ABCC2 den wesentlichen Effluxtransporter der hepoatobiliären Elimination darstellt. Die Arbeit konnte des Weiteren zeigen, dass genetische Varianten eine plausible Erklärung für die in der klinischen Praxis beobachtete hohe interindividuelle Variabilität der Leberanreicherung wären. Basierend auf den in vitro- und in vivo-Ergebnissen erweist sich, Gd-EOB-DTPA als neues „probe drug“, um den Absorptionsweg von Arzneimitteln zu visualisieren und die Funktion der Transporter zu charakterisieren.
Endotamponade bei Pars-plana-Vitrektomie - eine postoperative Optimierung der Silikonblasengröße
(2013)
Zusammenfassung: Die Netzhautablösung ist ein relativ seltenes, doch bezüglich der Folgen bei erfolgloser Therapie, sehr ernst zu nehmendes Krankheitsbild. Bisher gilt als Goldstandard für die Therapie der komplizierten Netzhautablösungen die Pars-plana-Vitrektomie mit dem anschließenden Auffüllen des Glaskörperraumes mit Silikonöl. Da jedoch durch die alleinige Verwendung von Silikonöl hauptsächlich eine Wiederanlage der oberen Netzhautzirkumferenz auf Grund seiner geringen Dichte erzielt werden kann, ist der Einsatz limitiert und nur für Netzhautablösungen an der oberen Zirkumferenz geeignet. Auch ein Versuch der Anwendung schwerer Silikonöle oder einer Kombination mit dem konventionellen Silikonöl, um dieses Defizit abzudecken, brachte trotz guten theoretischen Ansatzes nicht das erhoffte Resultat. In einer kombinierten Anwendung würde eine im Glaskörperraum schwebende Endotamponade entstehen, welche stets nur an einzelnen Stellen des Glaskörperraumes anstoßen würde, ohne einen wasserdichten Verschluss zu erreichen. Basierend auf diesen Ergebnissen zeigt das Greifswalder Modell eine neue Möglichkeit auf, welches diese Defizite auszugleichen versucht. Dabei wirkt ein Ballon mit einem Saugmedium als Speicher von postoperativ gebildeter Glaskörperflüssigkeit. Die Flüssigkeitsaufnahme führt zur Volumenzunahme und zu einer Oberflächenexpansion des Ballons. Zusätzlich bewirkt die Formveränderung und Größenzunahme des Ballons einen entsprechenden Druck, welcher sich auf das im Glaskörperraum befindliche Silikonöl überträgt, und so zu einer weiteren Ausbreitung führt. Folglich könnte der beschriebene Mechanismus zu einer Wiederanlage der Netzhaut an der bisher schwierigsten Stelle, der unteren Netzhautzirkumferenz führen und im optimalen Fall sogar eine ganzheitliche Wiederanlage der Netzhaut bewirken. Wie die genaue Anwendung dieses Modells in vivo aussieht und mit welchen Komplikationen gerechnet werden muss, werden weitere Versuche klären. Auch ist die genaue Größe, welche sicherlich abhängig von den verwendeten Vitrektomen ist, genauso wie die Anzahl der verwendeten intraokularen Ballons noch unklar. Sollten sich die bisherigen Ergebnisse gut übertragen lassen, könnte mit dem Greifswalder Modell jedoch eine neue mögliche Methode zur Behandlung von Netzhautablösungen aufgezeigt worden sein.
Until now proximal caries is still a significant problem in the clinical dentistry in spite of the caries decline recently. As resin infiltration offers a new micro-invasive treatment to arrest the progression of proximal initial carious lesions, this study aimed to evaluate its clinical applicability, safety and effect. In the study population of 50 children, adolescents and young adults (mean age 17.9 years ± 6.8), ten dentists at University of Greifswald applied the infiltration material ICON® (DMG, Germany) on non-cavitated proximal lesions in permanent and primary teeth as described in the manual instructions from the producer. The results showed good patient satisfaction with the procedure. The time for the infiltration (24.3 min ± 7.4), which included rubber dam application (7.7 min ± 4), and the effort were perceived as comparable to a composite filling by the dentist or as even easier. In three patients (6%), it was not possible to gain sufficient proximal space for the application of an infiltration. The location of the infiltrated tooth, separation problems as well as the routine of the dentists with the infiltration technique had an effect on the duration of the infiltration. A clear learning curve with a reduction of treatment time for subsequent treatments was observed (P < 0.001). Within the follow-up interval of 12 months, vitality of all infiltrated teeth was still positive and no relevant differences in plaque accumulation or gingival status were recorded. In addition, the infiltrated surfaces showed smooth margins and considerable decrease in the discoloration. In the radiographic evaluation after one year, only two lesions (4.7%) have progressed. Thus, caries infiltration is an applicable method for the treatment of initial non-cavitated proximal lesions without prior temporary tooth separation. Even without special training it can be applied easily by dentist and they experience a clear learning curve within the first 5-10 applications. In addition, the infiltration technique shows a high acceptance by the patients. Furthermore, caries infiltration lead to very good results regarding safety and preventing the lesion progression of non-cavitated proximal caries lesions located in the enamel or in the outer third of dentin.
Etwa 1% der Frauen mit Kinderwunsch leidet an habituellen Aborten. Die Ursachen zur Genese habitueller Aborte sind vielfältig und bei etwa 50 % aller Fälle verbleibt sie unklar (ESHRE Capri Workshop Group, 2008). Im peripheren Blut betroffener Frauen ist ein erhöhtes Th-1/Th-2 Zellverhältnis nachweisbar (Raghupathy et al., 2000). Dieser Umstand lässt eine Implikation immunologischer und inflammatorischer Prozesse in dieses Krankheitsgeschehen vermuten. Unfraktioniertes Heparin und niedermolekulare Heparine (NMHs) – Substanzen der klassischen Thromboseprophylaxe – kommen immer häufiger in der Behandlung von habituellen Aborten mit und ohne angeborener Gerinnungsstörung zum Einsatz (Rai et al., 1997). Es gibt Hinweise darauf, dass der Benefit von Heparin dabei nicht durch seine antikoagulatorische Wirkung hervorgerufen wird, sondern auf seinen antiinflammatorischen und somit auch immunmodulatorischen Eigenschaften beruht (Young, 2008). Vor diesem Hintergrund wurden die in der vorliegenden Arbeit dargestellten in vitro Experimente durchgeführt. Die dabei eingesetzten humanen endometrialen Stromazellen stammten aus Hysterektomiepräparaten. Durch die Quantifizierung von IGF-1, cAMP sowie den Dezidualisierungsmarkern IGFBP-1 und PRL konnten wir zeigen, dass unfraktioniertes Heparin und NMHs einen zeit- und dosisabhängigen Effekt auf den Dezidualisierungsprozess in vitro ausüben (Fluhr et al., 2010). In weiteren Experimenten verglichen wir die beobachteten Heparineffekte mit denjenigen heparinähnlicher Substanzen. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Effekte von Heparin auf die Dezidualisierung von ESCs unabhängig von dessen antikoagulatorischer Wirkung sind. Sie beruhen vielmehr auf dessen Molekulargewicht und der Menge an negativer Ladung (Fluhr et al., 2011a). Die Signalwege der beiden inflammatorischen Zytokine IFN-γ und TNF-α können durch Heparin in mechanistisch unterschiedlicher Weise beeinflusst werden. Heparin interferiert mit IFN-γ bei der Bindung an seinen Rezeptor und verhindert dadurch die Expression des IFN-γ induzierten Gens IRF-1 (Fluhr et al., 2011b). Weiterhin hemmt Heparin die Expression der beiden TNF-α induzierten Zytokine IL-6 und IL-8, indem es mit dem NF-κB Signalweg im Zellkern interferiert (Spratte et al., unveröffentlichte Daten). Trotz immenser Verbesserungen auf dem Gebiet der Kinderwunschbehandlung in den letzten Jahren, bleibt die Behandlung von Frauen mit habituellen Aborten eine ärztliche Herausforderung. Besonders weil die Datenlage zum Einsatz von Heparin bei Implantationsstörungen und habituellen Aborten nicht eindeutig ist (Badawy et al., 2008; Clark et al., 2010). Auf dem Gebiet der Grundlagenforschung müssen deshalb neue Erkenntnisse gewonnen werden, welche die Basis für weitere klinische Studien mit standardisierten Bedingungen und somit vergleichbaren Ergebnissen darstellen.
Die Ventrikulostomie und die Aquäduktoplastie sind endoskopische Verfahren zur Wiederherstellung der Liquorzirkulation beim Verschlusshydrozephalus durch Aquäduktstenose. Bei der Aquäduktoplastie wird im Gegensatz zur Ventrikulostomie der physiologische Liquorfluss durch den Aquädukt wiederhergestellt. Während die initialen Ergebnisse der Aquäduktoplastie vielversprechend waren, zeigte sich im Langzeitverlauf eine unerwartet hohe Restenoserate von ca. 50 %. Die Ursachen hierfür sind weitgehend unklar. Da der Liquorfluss ein möglicher Faktor in der Pathophysiologie der Restenose sein könnte, war das Ziel dieser Arbeit die Untersuchung des Liquorflusses nach endoskopischer Aquäduktoplastie (EAP) und endoskopischer Ventrikulostomie (ETV) bei Patienten, die wegen eines Hydrozephalus durch Aquäduktstenose operiert wurden. Mit Hilfe der Phasen-Kontrast-MRT wurde bei Patienten, die wegen eines Hydrozephalus durch Aquäduktstenose ventrikulostomiert (ETV-Gruppe, n=8), aquäduktoplastiert (EAP-Gruppe, n=8) oder sowohl ventrikulostomiert als auch aquäduktoplastiert (ETV/EAP-Gruppe, n=6) wurden, der Liquorfluss durch den Aquädukt bzw. die Ventrikulostomie analysiert. Außerdem wurde zum Vergleich der aquäduktale Liquorfluss bei gesunden Probanden (n=14) gemessen. Es wurden eine qualitative Flussanalyse in sagittaler Schichtung und eine quantitative Analyse in axialer Schichtung durchgeführt. Der Vergleich der aquäduktalen Liquorflüsse bei gesunden Probanden und bei Patienten nach EAP zeigte, dass die Aquäduktoplastie zunächst einen normalen Liquorfluss wiederherstellt. Vergleicht man jedoch den Liquorfluss durch die Ventrikulostomie nach ETV mit dem Fluss durch den Aquädukt nach EAP, findet man einen signifikant höheren Fluss durch die Ventrikulostomie. Dieser Unterschied bestand sowohl beim Vergleich der ETV-Gruppe mit der EAP-Gruppe als auch beim Vergleich innerhalb der ETV/EAP-Gruppe. Es gab keinen Unterschied im aquäduktalen Liquorfluss beim Vergleich der EAP-Gruppe mit der ETV/EAP-Gruppe. Und es gab keinen Unterschied beim Vergleich des Liquorflusses durch das Ventrikulostoma beim Vergleich der ETV-Gruppe mit der ETV/EAP-Gruppe. Bei 50 % der aquäduktoplastierten Aquädukte wurde eine Restenose nach 46 Monaten (Zeitspanne 18 – 126 Monate) festgestellt. Im Gegensatz dazu blieben alle Ventrikulostomien innerhalb eines mittleren Nachbeobachtungszeitraums von 110 Monaten offen, auch wenn ein Patient nach 66 Monaten wegen eines Normaldruckhydrozephalus mit einem ventrikuloperitonealen Shunt versorgt werden musste. Die hohe Restenoserate nach endoskopischer Aquäduktoplastie beim Verschlusshydrozephalus durch Aquäduktstenose ist enttäuschend. Die Ursachen dieser Restenose sind sicher multifaktoriell und derzeit wenig verstanden. Ein wesentlicher Faktor könnte der geringe aquäduktale Liquorfluss sein, der häufig unzureichend ist, das Lumen offen zu halten. Der signifikant höhere Liquorfluss durch die Ventrikulostomie könnte zumindest teilweise die geringere Re-Verschlussrate des Ventrikulostomas nach ETV im Vergleich zur hohen Restenoserate der Aquädukte nach EAP erklären.
We introduce a multi-step machine learning approach and use it to classify data from EEG-based brain computer interfaces. This approach works very well for high-dimensional EEG data. First all features are divided into subgroups and linear discriminant analysis is used to obtain a score for each subgroup. Then it is applied to subgroups of the resulting scores. This procedure is iterated until there is only one score remaining and this one is used for classification. In this way we avoid estimation of the high-dimensional covariance matrix of all features. We investigate the classifification performance with special attention to the small sample size case. For the normal model, we study the asymptotic error rate when dimension p and sample size n tend to infinity. This indicates how to defifine the sizes of subgroups at each step. In addition we present a theoretical error bound for the spatio-temporal normal model with separable covariance matrix, which results in a recommendation on how subgroups should be formed for this kind of data. Finally some techniques, for example wavelets and independent component analysis, are used to extract features of some kind of EEG-based brain computer interface data.
The soil living, Gram-positive bacterium Bacillus subtilis is frequently exposed to a wide variety of stress and starvation conditions in its natural environment. In order to survive under these environmental and energy stresses, the bacterium acquired a general stress response mechanism mediated by the alternative sigma factor, SigB. A wide-variety of stress conditions such as environmental stress conditions like ethanol stress, heat stress, oxidative stress, osmotic stress or limitation of glucose, oxygen, phosphate etc.; and low temperature growth induce this SigB-dependent general stress response. Though much is known about the mechanisms of activation of this general stress response, the conditions that induce the SigB regulon and its general functions, the definition of the structure of the SigB regulon is not completely clear. The SigB-dependent general stress regulon has previously been characterized by proteomic approaches as well as DNA-array based expression studies. Genome-wide expression studies performed by Price, Petersohn and Helmann defined the SigB regulon containing well above 100 target genes, however the overlapping list of target genes contains only 67 members. The differences between these studies probably result from the different strains, growth conditions, array platforms and experimental setups used in these studies. The first part of this work presents a targeted microarray analysis, which was performed to gain a better understanding of the structure of the general stress regulon. This is the first study analyzing the gene expression of a wild type strain and its isogenic sigB mutant strain for almost all known SigB inducing conditions, using the same array platform. Furthermore, the kinetics of the gene expression of 252 putative SigB-dependent genes and 36 appropriate control genes were recorded. The data were analyzed using Random Forest, a machine-learning algorithm, by incorporating the knowledge of previous studies. Two Random Forest models were designed in this study. The “expression RF” model was designed to identify genes showing expression differences between wild type and sigB mutant and the “kinetic RF” model to identify genes having a SigB-dependent expression kinetic, but is subject to secondary regulators next to SigB influencing their expression in the sigB mutant. The random forest classification using the “expression RF” model identified 166 genes as SigB regulon members based on the expression differences between the wild type and the sigB mutant strain. A variable importance plot showing the impact during the classification process within the “expression RF” could assign a hierarchy to the stress conditions investigated in this study. This hierarchy suggested all the RsbU-dependent environmental stresses to have higher impact on SigB-dependent gene expression compared to the RsbP-dependent energy stresses. The “kinetic RF” model identified 30 additional genes, having additional regulators next to SigB. The SigB dependency of the 30 genes identified by the “kinetic RF” model was validated by screening for SigB promoter motifs within the upstream region of these genes. The hierarchical clustering of the obtained motifs scores with the expression ratios of the SigB regulon members predicted in the current work revealed that only a subset of genes displayed correlation of gene expression values and sequence motifs. As this observation is not true for all sets of genes, it cannot be generalized that gene expression is only correlated with the corresponding motif scores. In total 196 SigB regulon members could be classified by this targeted oligo nucleotide microarray study. The majority of these regulon members were preceded by a putative SigB promoter motif either identified previously or predicted in the current work. The inclusion of the broad range of stress conditions, from environmental stresses to energy limiting conditions enabled a more detailed characterization of the structure of the general stress regulon of B. subtilis. The implementation of machine learning algorithms allowed the prediction with a minimum number of false-positives. In the second part of this work a high resolution tiling array analysis for the majority of growth conditions, stresses and changes in carbon sources supply was exploited for the screening for new SigB targets within already annotated or newly annotated RNA features. Thereby 133 previously un-annotated RNA features, which were completely new, were assigned to the SigB regulon. 50 of these 133 new features encode antisense RNAs which can have potential influence on the transcription / translation of their sense RNAs targets. A set of 282 annotated genes were indentified to be SigB regulon members, comparison with the targeted oligo nucleotide study, 90 genes were newly identified and not known to be SigB-dependent before. The analysis of the expression levels of these genes by k-means clustering revealed a cluster of 32 genes having low induction levels in all SigB-inducing conditions, although the majority of these genes possess a well-conserved SigB promoter motif. However, all these genes are probably subject to the control of regulators other than SigB, which might mask the typical strong SigB-dependent induction in the analyzed stress conditions. The analysis of the expression levels of the SigB regulon under a variety of conditions, revealed the SigB-dependent expression in conditions such as growth on plates, in swarming cells, biofilm formation and growth on glycerol as a carbon source. The possible reason for the induction of the SigB regulon during growth on plates and in swarming cells was supposed to be due to scarcity of the nutrients on plates, e.g. glucose limitation. SigB-dependent genes were likely induced during growth on glycerol due to the oxygen limitation that arose during the growth. However, induction of the SigB regulon during biofilm formation is assumed to be due to the phosphate limitation. The description of these new SigB activating stimuli gains support from the fact that the majority of the SigB-dependent genes were induced under these growth conditions. In addition to the general stress response, B. subtilis cells have stress specific adaptive mechanisms such as osmotic response, which was addressed in the third part of this dissertation. The frequent flooding and drying of the soil triggered osmotic stress, one of the most common stress conditions encountered by soil bacteria. Bacterial cells are equipped with osmo-specific adaptation responses in which specific regulation of a set of genes is used to maintain proper cellular function. It was known from previous studies that a large set of genes were influenced in expression by salt shock as well as growth at high osmolarity. Detailed analysis of the tiling array data revealed 467 differentially regulated newly annotated features during salt shock and 251 newly annotated features that were expressed at a different level during continuous growth at high versus low osmolarity. A comparison of the studies that used the sigB knockout mutant with the tiling array study also provided support for the sigma factor competition in control of the expression of osmo-adaptive genes. The level of induction of specific osmo-adaptive genes was much higher in the sigB mutant strain compared to the wild type strain. Furthermore, the tiling array data revealed a SigB-dependent antisense RNA S1290 upstream of the opuB operon that transports choline to the cell. The presence of this antisense RNA had a potential impact on the transcription of the opuB operon, during salt shock. In agreement with the previous studies, the tiling array data assigned the osmotically regulated proHJ operon to the SigE regulon, with a SigE promoter upstream. In addition, the significantly higher percentage of proline among spore coat proteins also supports the assumption that osmotic synthesis of proline might play a role during the generation of spores. In conclusion, the tiling array data revealed newly annotated RNA features that are regulated during the general stress response as well as the osmotic response of the cell. The current work identifies new conditions that induce the majority of SigB-dependent genes as well as the new features that regulate the osmotically induced genes.